Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Mecánica Eléctrica
AUTOMATIZACIÓN DE UNA INYECTORA DE PLÁSTICO
HARLEY WILLIAM JERÓNIMO MORALES ASESORADO POR
ING. JOSÉ GUILLERMO BEDOYA BARRIOS Guatemala, abril de 2005.
1
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
FACULTAD DE INGENIERÍA
AUTOMATIZACIÓN DE UNA INYECTORA DE PLÁSTICO TRABAJO DE GRADUACIÓN PRESENTADO A JUNTA DIRECTIVA DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA POR HARLEY WILLIAM JERÓNIMO MORALES ASESORADO POR ING. JOSÉ GUILLERMO BEDOYA BARRIOS AL CONFERÍRSELE EL TÍTULO DE INGENIERO MECÁNICO ELECTRICISTA
GUATEMALA, ABRIL DE 2005
2
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
FACULTAD DE INGENIERÍA
AUTOMATIZACIÓN DE UNA INYECTORA DE PLÁSTICO TRABAJO DE GRADUACIÓN PRESENTADO A JUNTA DIRECTIVA DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA POR HARLEY WILLIAM JERÓNIMO MORALES ASESORADO POR ING. JOSÉ GUILLERMO BEDOYA BARRIOS AL CONFERÍRSELE EL TÍTULO DE INGENIERO MECÁNICO ELECTRICISTA
GUATEMALA, ABRIL DE 2005
2
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE INGENIERÍA
NÓMINA DE JUNTA DIRECTIVA DECANO
Ing. Sydney Alexander Samuels Milson
VOCAL I
Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos
VOCAL II
Lic. Amahán Sánchez Álvarez
VOCAL III
Ing. Julio David Galicia Celada
VOCAL IV
Bach. Kenneth Issur Estrada Ruiz
VOCAL V
Bach. Elisa Yazminda Vides Leiva
SECRETARIO
Ing. Carlos Humberto Pérez Rodríguez
TRIBUNAL QUE PRACTICÓ EL EXAMEN GENERAL PRIVADO DECANO
Ing. Sydney Alexander Samuels Milson
EXAMINADOR
Ing. Pablo Rodolfo Zúñiga Ramírez
EXAMINADOR
Ing. Gustavo Benigno Orozco Godínez
EXAMINADOR
Ing. Marvin Marino Hernández Fernández
SECRETARIO
Ing. Pedro Antonio Aguilar Polanco
3
HONORABLE TRIBUNAL EXAMINADOR
Cumpliendo con los conceptos que establece la ley de la Universidad de San Carlos de Guatemala, presento a su consideración mi trabajo de graduación titulado:
Automatización de una inyectora de plástico
Tema que me fuera asignado por la Dirección de la Escuela de Mecánica Eléctrica, con fecha 11 de octubre de 2002.
Harley William Jerónimo Morales
4
AGRADECIMIENTO
Al ingeniero José Ricardo Cordón, que con sus conocimientos y experiencia en el ramo de las automatizaciones, colaboró e hizo posible el desarrollo del presente trabajo de graduación. Al ingeniero José Guillermo Bedoya Barrios, por su orientación, confianza y por proporcionarme los conocimientos que he adquirido a través de su esfuerzo.
5
DEDICATORIA A DIOS
Padre Universal Por las bendiciones y la luz divina con que guía mi camino.
A MIS PADRES
Augusto Jerónimo Sis y María del Carmen Morales Román de J. Por su amor y apoyo incondicional, por ser un ejemplo a seguir y sin cuyo esfuerzo no habría alcanzado esta meta.
A MIS HERMANOS
Auggie, Mónica Fabiola y Moisés Salvador. Con amor fraternal.
A MI SOBRINO
Pablo David Jerónimo Guzmán Que sea un ejemplo para él.
A MIS ABUELOS
Agustín Jerónimo (QEPD) Estanislada Sis (QEPD) Alejandra Xitumul Adrián Morales (QEPD) Pedrina Román Con infinito amor.
A MIS TÍOS Y PRIMOS Con mucho cariño. A MIS AMIGOS
Emilio López, Ludwing Tun, Édgar Manzo, Carlos Fuentes, Érick Ralda. Por su sincera amistad.
A LA UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA por el más generoso de los obsequios: La enseñanza.
6
ÍNDICE GENERAL
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES
IV
LISTA DE SÍMBOLOS
VI
GLOSARIO
VII
RESUMEN
XIII
OBJETIVOS
XV
INTRODUCCIÓN
XVI
1. INYECTORAS DE PLÁSTICO
1
1.1. Introducción
1
1.2. Proceso de productos plásticos, ciclo de trabajo
4
1.3. Partes importantes de la máquina de inyección de plástico
6
1.3.1. Cámara de plastificación
6
1.3.2. Prensa de molde
8
1.3.3. Botadores
10
1.3.3.1. Mecánicos
10
1.3.3.2. Hidráulicos
10
1.3.3.3. Neumáticos
11
1.3.4. Sistema hidráulico
11
1.3.4.1. Bomba hidráulica
14
1.3.4.2. Válvulas de control de presión
17
1.3.4.3. Válvulas de control de flujo
18
1.3.4.4. Válvulas direccionales
19
1.3.5. Sistema de control
23
1.3.5.1. Modo manual
24
1.3.5.2. Modo semiautomático
24
I
1.3.5.3. Modo automático
24
1.4. Materia prima
25
1.5. Clasificación de máquinas de inyección
26
1.6. Preparación de la máquina para producir
27
2.
29
AUTÓMATAS, (CONTROL LÓGICO PROGRAMABLE, PLC)
2.1. Introducción
29
2.2. Estructura
31
2.3. Comunicación
37
2.4. Software industrial
43
2.4.1. Gráfico secuencial de funciones (grafcet )
44
2.4.2. Lista de instrucciones
46
2.4.3. Texto estructurado
47
2.4.4. Diagrama de contactos
49
2.4.5. Diagrama de funciones
51
2.5. Hardware industrial
52
2.6. Medición de parámetros físicos
54
2.6.1. Microinterruptores
55
2.6.2. Sensores inductivos
55
2.6.3. Sensores capacitivos
56
2.6.4. Sensores de reluctancia variable
57
2.6.5. Sensores fotoeléctricos
58
2.6.6. Neumáticos de proximidad
60
2.6.7. Sensores ultrasónicos
60
2.6.8. Sensores magnéticos
61
2.6.9. Encoders
61
2.6.10. Sensores de presión
64
2.6.11. Sensores de nivel
65
2.6.12. Sensores de temperatura
65
II
2.6.13. Termopares
65
2.6.14. RTD
66
2.6.15. Termistores
66
2.6.16. Sensores de flujo
67
2.7. Adquisición de datos
68
3.
AUTOMATIZACIÓN
71
3.1. ¿Por qué automatizar?
71
3.2. Costos de la automatización
72
3.3. Tiempo requerido para la automatización
73
3.4. Ventajas y desventajas de la automatización
76
4.
AUTOMATIZACIÓN DE UNA INYECTORA DE PLÁSTICO, 400TD 77
4.1. Pasos para la automatización de una inyectora
77
4.1.1. Conocer el proceso de trabajo de la inyectora de plástico
77
4.1.2. Determinar las variables de control de la inyectora de plástico
82
4.1.3. Diseño de mecanismos para el control de variables
83
4.1.4. Diseño de entradas y salidas del autómata
84
4.1.5. Elección del hardware
90
4.1.6. Diseño del panel de control
93
4.1.7. Diseño del software
95
4.1.8. Instalación
109
4.1.9. Mecanismo para poner a funcionar el nuevo sistema de control
110
4.1.10. Graduación de algunos dispositivos
112
4.1.11. Controlar el funcionamiento
113
CONCLUSIONES
114
RECOMENDACIONES
115
BIBLIOGRAFÍA
116
III
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES
FIGURAS
1
Máquina por moldeo por inyección
2
2
Tornillo sinfín
7
3
Mecanismo de cierre de una MMI
9
4
Circuito hidráulico
12
5
Pistón hidráulico
13
6
Rotor dirigido por un árbol
16
7
Simbología de válvulas de control de presión
18
8
Variantes de válvulas de control de flujo hidráulico
19
9
Válvula direccional
20
10
Diagrama PVT para polímeros
21
11
Diagrama hidráulico con una bomba de 20 GPM
23
12
Estructura del autómata
31
13
Ciclo scan del autómata programable
34
14
Topología de redes
39
15
Gráfico secuencial de funciones
45
16
Elementos básicos de un programa AWL
46
IV
17
Ejemplo de programación en texto estructurado
47
18
Ejemplo de programación a base de LD
50
19
Elementos básicos de diagrama de funciones
51
20
Diagrama de conexión de entradas analógicas para una MMI
85
21
Diagrama de conexión de entradas digitales para una MMI
87
22
Diagrama de conexión de salidas digitales del autómata
89
23
Grafcet de funcionamiento para el ciclo de una MMI
96
TABLAS I
Bombas hidráulicas
15
II
Datos de polímeros
25
III
Tipos de termopares
66
IV
Tiempo y costo de la automatización
75
V
Electroválvulas de una MMI 400TD mod 75
82
VI
Variables de entradas analógicas de una MMI 400TD mod 75
85
VII
Variables de entrada digital de la MMI 400TD mod 75
86
VIII
Salidas digitales de la MMI 400TD mod 75
88
IX
Opciones de PLC’s de posibles opciones para la automatización de la MMI
91
V
LISTA DE SÍMBOLOS
Símbolo
Significado
MPa
Megapascales
PSI
Libras por pulgada cuadrada
Mlbf
Megalibras fuerza
GPM
Galones por minuto
Min
Minutos
Seg
Segundo
DCV
Voltios corriente directa
VAC
Voltios corriente alterna
V
Voltio
π
Constante pi, igual a 3.1416
VI
GLOSARIO
Actuadores
Elementos externos al autómata que ejecutan las órdenes dadas por él y que se conectan a las tarjetas de salida.
Asíncrona
Se dice de una transmisión en la que el receptor se resincroniza, es decir, regula su reloj sobre el emisor a cada inicio de carácter.
Autómata programable PLC
(Programable logic controller , por sus siglas en inglés). Es un equipo electrónico, programable en lenguaje no informático, diseñado para controlar en tiempo real y en ambiente de tipo industrial, procesos secuenciales.
Bit
Unidad mínima de información en el sistema binario dentro de un ordenador y que puede tomar valores de 0 y 1. 1 Megabit = 1.000.000 bites.
Byte
Equivale a 8 bits. (1 Byte=8bit). Unidad de medida en el almacenamiento de memoria. Equivalencias: 1 Kbyte = 1.024 bytes; también 1 K = 1.024 bytes. 1 Megabyte = 1.000.000 bytes.
VII
Bus
Enlace común. Vía a la que varios elementos de un ordenador pueden estar conectados en paralelo de tal forma que puedan pasar señales entre sí.
Bus paralelo
Sistema de transmisión de información que permite transmitir varias señales digitales a la vez, sobre hilos diferentes (por ejemplo, 16 ó 32 bits a la vez en el caso de los BUS de ordenadores). Estos BUS disponen en general de hilos suplementarios que permiten el control de la transmisión.
Bus serie
Sistema de transmisión de información en el que estas informaciones, incluidas las de control, se transmiten sucesivamente una tras otra.
Canal
Camino por el que circulan informaciones; vía que permite transferir datos.
Codificación
Conjunto
de
reglas
que
establecen
una
correspondencia entre dos conjuntos de elementos.
Componentes periféricos
Elementos externos y que son complementarios del autómata: Teclado. Equivalente al teclado de una máquina de escribir y sirve para transmitir órdenes y programar. Monitor. Pantalla en la que aparecen caracteres, gráficos, programas, esquemas, etc.
VIII
Impresora.
Aparato en el que escriben los
mensajes emitidos por el autómata. Calculador. Aparato que gestiona la función de varios autómatas, permitiendo realizar el control de la gestión.
Convertidor analógico/digital
Dispositivo electrónico que convierte una señal
Diversos tipos de memoria
RAM. (Random–access memory , por sus siglas en
analógica en señal digital.
inglés). Memoria de acceso aleatorio. Dispositivo semiconductor de memoria de escritura y lectura cuyo elemento básico consiste en una sola celda capaz de almacenar un bit de información. Se borra al faltarle corriente. ROM.
(Read-only memory , por sus siglas en
inglés). Memoria sólo de lectura. Dispositivo de memoria semiconductora no volátil utilizado para el almacenamiento de datos que nunca necesitarán modificación. PROM. (Programmable read-only memory , por sus siglas en inglés). Memoria programable sólo de lectura. Forma de memoria semiconductora sólo de lectura, ROM, cuyo contenido se añade mediante un proceso separado, posterior a la fabricación del dispositivo. EPROM.
(Ereaseble programmable read-only
memory , por sus siglas en ingles). Memoria de sólo
lectura programable borrable. Tipo de PROM que
IX
puede ser programado varias veces por el usuario.
Disco duro
Disco de gran capacidad de almacenamiento para el que hace falta muy poco tiempo para acceder a su programa y recabar una información.
Hardware
Componentes físicos de un ordenador. Parte física de un ordenador incluyendo los componentes eléctricos/electrónicos (dispositivos y circuitos), componentes electromecánicos (unidad de discos), componentes metálicos (armario).
Instrucciones
Cada una de las órdenes de trabajo de un programa, pudiendo ser de tipo aritmético, lógicas, memorias. E/S (entradas/salidas) y otras.
Lenguaje
También llamado como código de la máquina, es el medio que interpretan los microprocesadores (µP) y se expresa en código binario. Los lenguajes más conocidos son los siguientes: Basic , Fortran, Cobol, Logo, Pascal, Lotus, Pl11, Ada, Emsamblador, Forth , Dinamic C y otros muchos.
Lógica cableada
Se dice que un automatismo está realizado en lógica cableada cuando se ejerce con módulos intercalados, dependiendo su funcionamiento del cableado,
pudiendo
electromagnéticos, eléctricos.
ser
neumáticos,
los
módulos
hidráulicos
o
La lógica cableada es rápida en la X
ejecución de maniobra, pero resulta voluminosa y tiene limitaciones en cuanto a posibilidades.
Periféricos
Aparatos y elementos del autómata u ordenador, que están en comunicación directa con ellos, como son las impresoras, monitores, teclados, etc.
Polímero
Compuestos orgánicos o sintéticos caracterizado por pequeñas unidades llamadas meros.
Conjunto de reglas necesarias que permiten a los Protocolo de transmisión de datos ordenadores comunicarse. En particular para establecer y mantener intercambios de información entre dichos ordenadores. Rack
Bastidor que recoge la configuración del autómata programable de forma modular.
Reset
Acción por la que se pone a cero un contador, un temporizador. Por extensión, volver una situación a sus valores iniciales.
Sensores
Elementos externos al autómata por medio de los cuales se transmiten señales a los autómatas y que se cometan a las tarjetas de entrada.
Síncrona
Se dice de aquella transmisión en la que el emisor y el receptor están exactamente sincronizados, es decir, que tienen un reloj idéntico al menos durante XI
todo el tiempo de duración de un mensaje. Software
Programa. Término genérico que se aplica a los componentes de un sistema informático que no son tangibles o físicos. Corresponde a los programas escritos por el usuario o por otras personas.
Termoestables
Plásticos
que al calentarse no se ablandan ni
quedan flexibles.
Termoplásticos
Plásticos
que
desconectadas,
consisten cuando
blandos y deformables.
XII
se
en
cadenas
calientan
quedan
RESUMEN
Las MMI sirven para tratar polímeros y revertir a formas de utilidad. La materia prima es llevada a temperatura de derretido en la unidad de inyección. Ésta, a su vez, inyecta el plástico al molde que está sujetado por la prensa de molde. En donde se enfría y es extraído por los expulsores. Esto pasa en un ciclo de trabajo controlado por un PLC.
El PLC es un equipo electrónico programable diseñado para controlar en tiempo real y en ambiente de tipo industrial procesos secuenciales. Trabaja sobre la base de información recibida por los sensores y programa lógico interno, actuando sobre accionadotes de la instalación, haciendo de la automatización una herramienta esencial para la industria.
Las automatizaciones pueden ser tan completas como un SCADA o sencillas con lógica cableada. Y es que con ello se logra control y ejecución de acciones automática sin intervención del operador; agiliza procesos, aumenta eficiencia y costos bajos. Además, se confía en la continuidad de servicio. La estructura básica de un PLC es alimentación eléctrica, CPU, interfases de entrada e interfases de salida. Se tienen cinco tipos de programación que son: a.
Gráfico secuencial de funciones
b.
Lista de instrucciones
c.
Texto estructurado
d.
Diagrama de contactos
e.
Diagrama de flujo
XIII
Conociendo los componentes de la MMI, desde su ciclo completo, materia prima, etc., y conocer los PLC’s desde sus estructura, software y hardware , se lleva a cavo el proyecto de automatización.
XIV
OBJETIVOS
•
General: Automatizar una inyectora de plástico.
•
Específicos: 1. Conocer las variables a controlar en la automatización de una inyectora de plástico. 2. Conocer generalidades de los PLC’S. 3. Conocer las ventajas de una automatización. 4. Conocer los pasos para una automatización de una inyectora de plástico.
XV
INTRODUCCIÓN
Guatemala cuenta con una variedad de industrias, entre las cuales tenemos las fábricas de artículos de plástico que tienen gran aceptación en el mercado debido a su bajo costo. Entre los productos podemos mencionar baños, canastas, vasos, cubiertos, sillas, mesas, juguetes, lapiceros, reglas, escuadras, etc. El éxito de las industrias plásticas, en general, depende del uso eficiente de sus máquinas de inyección, ya que constituyen un equipo destinado a la producción en serie. Los equipos trabajan 24 horas, más de 5 días a semana todo el año, y en la mayoría de casos tienen de 10 a 20 años de haberlos adquirido. Tienen de dos a tres paneles para el control de la máquina. Esto hace tardado el proceso de graduación de moldes, ya que se deben conocer detalladamente los paneles de control. Uno de los inconvenientes para la producción, son los controles que dan muchos problemas debido a su deterioro por su constante trabajo, antigüedad y estar controlados a base de tecnologías antiguas, lo cual requiere de mucha atención a la hora de sufrir con una falla, y en algunos casos no se tienen repuestos a la mano, sino únicamente en el mercado extranjero. Lo anterior da como resultado el paro de la máquina, lo cual crea pérdida de tiempo, y esto viene a afectar directamente en la producción, energía y pagos de operarios. Para eliminar estos problemas, se deben usar dispositivos
XVI
de fácil acceso y bajo precio en el mercado. Esto se logra automatizando la máquina. Las automatizaciones se están dando a gran escala, a nivel mundial. Esto es debido a que hace agilizar los trabajos, es de fácil manejo de equipos y maquinaria, y se tiene mayor control. Se automatizan las entradas al trabajo, se pone el pulgar y se tiene una clave que identifica al usuario la computadora da el informe de la hora de entrada y salida del individuo mensualmente. Esto da como resultado un beneficio no sólo a los trabajadores sino a los jefes que tienen un mejor control de sus subordinados. En el presente trabajo de graduación se trabaja una automatización de una inyectora de plástico, ó máquina por molde por inyección, MMI. Para ello es necesario conocer el funcionamiento de la misma. Se debe profundizar en las características de la materia prima que va ser transformada, lo cual nos ayudará a conocer el ciclo de la MMI.
De aquí partimos para conocer los
accionamientos de las partes móviles a través de los circuitos hidráulicos accionados por mandos eléctricos. Conociendo la MMI se elige el autómata adecuado para el proyecto. Para ello se debe tener conocimientos sobre su estructura,
tipos de
comunicación, software utilizado, hardware del mercado, tipos de sensores, etc. Así como los precios de la tecnología usada, mano de obra, tiempo para ejecución del proyecto, y ventajas que nos trae el proyecto de automatización.
XVII
1. INYECTORAS DE PLÁSTICO
1.1.
Introducción
El moldeo por inyección constituye uno de los principales procedimientos para revertir resinas, polvos, pelets y otras formas de plástico en productos útiles. Es apropiado para todos los termoplásticos. Las máquinas de moldeo por inyección (MMI), para termoestables sirven para tratar polímeros. En todos los casos, los materiales granulados absorben suficiente calor para facilitar su viscosidad, lo que permite la inyección del plástico caliente en molde cerrado, en el que se crea la forma deseada. Cuando se enfría, se extrae las piezas del molde con un sistema de expulsión. Las MMI constan de unidad de inyección y prensa de molde, como se ve en la figura 1. La unidad de inyección se encarga de alimentar, fundir e inyectar los polímeros; para lograrlo, consta principalmente de: tambor que almacena el material; una tobera permite paso del material hacia la cavidad del molde; el tornillo determina la velocidad y eficacia de la inyección además de la plastificación de granzas; la válvula de retención sirve para impedir que el material retroceda durante la inyección; bandas de calor encargadas de proporcionarle calor al tambor a temperatura preajustada; motor de carga que se encarga de rotar el tornillo, y cilindro hidráulico que acciona el tornillo hacia atrás y adelante.
1
Los sistemas de control mantienen las temperaturas en los niveles seleccionados e inician y cronometran la rotación del tornillo y los impulsos de inyección.
Figura 1. Máquina por moldeo por inyección
La unidad de sujeción o prensa de molde sirve para abrir y cerrar el molde y para expulsar las piezas. Los dos métodos más corrientes para generar fuerzas de sujeción usan modelos de abrazaderas hidráulicas directas, que eliminan las uniones mecánicas pero requieren de cilindros de sujeción de dimensiones superiores. Las MMI se clasifican de acuerdo al tonelaje de fuerza máxima de cierre, presión de sostenimiento, y al volumen de carga máxima de material. 2
El ciclo de trabajo tiene cinco tiempos que son:
a) Carga. Necesario para que se desplace el material plástico en el tambor y dejarlo listo para la inyección. b) Tiempo de inyección. Período en el que comienza a ingresar el material a la cavidad y que es proporcional tanto a la velocidad de inyección como a la presión de inyección hasta que se congela la colada. c) Tiempo de sostenimiento. El necesario para mantener presión en la cavidad y evitar la deformación de la parte. d) Tiempo de enfriado. El necesario para que se enfríe y asiente suficientemente para extraerlo de la cavidad y evitar la deformación de la parte. e) Cierre y apertura de platina y expulsión de la parte. El plástico derretido en el tambor se compone de macromoléculas amorfas, que se retuercen, enrollan y envuelven unas con otras. Cuando un plástico fundido fluye por el diámetro de la tobera hacia la cavidad, algunas moléculas se estiran. Si la velocidad de flujo es elevada, las moléculas se estirarán hasta quedar prácticamente rectas, en un fenómeno conocido como por orientación. Cuando un plástico amorfo muy orientado se enfría, algunas moléculas retornan al estado enrollado y retorcido si tienen oportunidad, lo cual depende de la velocidad. Sin embargo es lento, tendrán tiempo suficiente para moverse a reorganizar y enrollarse.
Si es muy corto, las moléculas estiradas se
congelarán antes de enrollarse. Al congelarse las moléculas estando estiradas,
3
se sentirán tensas.
En cuanto tienen posibilidad, si se calentara material
suficiente cambiará de forma. Cuando el material fluye por la cavidad del molde su velocidad es reducida en las paredes del molde debido a su viscosidad. Esto ocasiona un enfriamiento y reducción de la cavidad, aumentando moderadamente la velocidad del material.
El molde consta de circuitos de enfriamiento por
convección de calor del material. Los fabricantes de maquinaria incluyen dispositivos para proteger tanto a los operarios como a la propia máquina. La protección del personal técnico se basa en las guardas, puertas, sistemas de seguridad de moldeo cerrado, guardas de purga y sistemas de puerta trasera. El moldeo por inyección es muy extendido, permite insertos de metal, altos índices de productividad, control de acabado superficial con la textura deseada y una buena precisión en las dimensiones. El proceso de moldeo por inyección es complicado. En ocasiones, un diseño defectuoso de la pieza o del molde puede traducirse en resultados poco aceptables. Cuando no vigilan los procesos, aumenta el índice de desechos y el rechazo de piezas por parte del cliente puede suponer importantes pérdidas financieras.
1.2 Proceso de inyección de productos plásticos, ciclo de trabajo El molde se coloca en la unidad de sujeción, y consta fundamentalmente de dos limitantes, fijadas respectivamente; a la platina fija del lado de la tobera; y la platina móvil del lado del extractor. El movimiento de cierre se efectúa previo a iniciar la inyección, y se realiza empujando la platina
4
móvil por medio de un accionamiento hidráulico de pistón o mecánico de rodillera con pistones hidráulicos auxiliares. El polímero es depositado en la tolva del dispositivo dosificador que alimenta la cámara de plastificación generalmente por gravedad. Esta porción de material es empujado hacia delante cuando el tornillo es puesto a girar. El cilindro hidráulico ejerce una fuerza en la parte posterior del tornillo, desplazándose hacia atrás, acarreando hacia la zona de dosificación la porción de material. Debido a las bandas de calor situadas en la superficie exterior del tambor y al calor friccional generado por la rotación del tornillo, se lleva el material a una temperatura que produce una fusión termoplástica homogénea.
Esta
temperatura es regulada por controles de temperatura a un valor determinado. Las características propias del proceso de inyección hacen que el avance de material no sea permanente, sino que haya una cierta permanencia de material en el tambor, sin embargo, con cada avance se obtiene una fusión plástica homogénea lista para la inyección. El molde es cerrado con el tonelaje de cierre necesario y la tobera ya ha hecho contacto con el bebedero del molde, se inicia entonces el ciclo de inyección de la parte. El material inyectado atraviesa el bebedero, llega a las cavidades del molde, que corresponde a la forma de la parte a producir. La velocidad máxima de inyección depende de las propiedades del polímero y las características del molde que se empleen. El cilindro puede moverse lento o rápidamente y con la presión que se seleccione según el diseño de la máquina; y es que la presión de inyección está dada por la viscosidad y velocidad del material.
5
La cantidad de material dosificado debe ser tal que su volumen baste para llenar las cavidades del molde. La presión de sostenimiento después de la inyección permite que la parte mantenga su volumen a medida que se enfríe. El material enfría al poco tiempo dentro del molde. Un sistema de enfriamiento por donde circula agua baja la temperatura, disipa el calor y acelera el proceso de solidificación de la parte. Durante el tiempo que dura el enfriamiento de la parte, se aprovecha para cargar una nueva dosis de material.
Luego la unidad de inyección
retrocede de su
posición de apoyo sobre el bebedero del molde, este movimiento puede ser programado dependiendo de la aplicación. Una vez finalizado el proceso de la solidificación, se procede a abrir el molde, por medio del mecanismo de apertura del molde, para luego extraer la parte por medio de expulsores. Ocurre cuando la platina móvil ha alcanzado la suficiente posición de apertura. Al expulsar la parte, termina el ciclo de trabajo, y se está en condiciones de repetir el ciclo.
1.3 Partes importantes de la máquina de inyección de plástico
1.3.1 Cámara de plastificación
Su función es introducir en la cavidad del molde una cantidad de material previamente determinada, que corresponde al volumen de las cavidades del molde y fundida mediante el sistema de plastificación. Sus componentes más importantes son:
6
a. El tornillo: que se muestra en la figura 2, es un tornillo sinfin que tiene la profundidad variable de los filetes. Esto determina la razón de compresión del material fundido, y es la que asegura que podrá ser conducido hacia delante bajo el efecto de una presión positiva. La primera sección del tornillo, donde los gránulos ingresan, se llama zona de alimentación (que está debajo de la tolva), la segunda zona se llama zona de compresión. Es aquí donde se lleva a cabo la transferencia de calor por acción friccional del tornillo hacia paredes del tambor, y la tercera zona, que es donde el material termina de plastificarse hasta quedar preparado para ser inyectado a las cavidades del molde.
Figura 2. Tornillo sinfín
b. Válvula de retención: esta válvula está generalmente en la punta del tornillo con el propósito de evitar el reflujo del material plástico durante el período de inyección, es pues, una válvula cheque. c. Tobera: permite el paso del material fundido hacia la cavidad del molde, guiándolo como una camino estrangulado. Se encarga de asegurar el sello hermético entre el tambor y el molde.
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Sistema de plastificación: para la plastificación se debe poner a rotar el tornillo. Éste se encarga de empujar el material hacia delante dejándolo listo para la inyección. Para la rotación de tornillo se usan dos métodos, el primero es por medio de un motor hidráulico, y el segundo por medio de un motor eléctrico con algún sistema reductor de velocidad, engranajes o fajas. Bandas de calor: en la parte exterior del tambor, están situadas las bandas de calor o resistencias de bandas.
Éstas son las encargadas de
proporcionarle al tambor para que pueda realizarse la plastificación del material. Generalmente se dividen por sectores o zonas de calefacción, zona frontal, zona central, zona trasera y tobera.
1.3.2 Prensa de molde
Existen varios sistemas para la prensa de molde, estos difieren entre ellos de acuerdo a los fabricantes. La unidad de sujeción como también se le llama a la prensa de molde, tiene como función asegurar la apertura y cierre de molde. Para ello es importante conocer algunos factores que son necesarios para la obtención de buenos productos y asegurar el buen funcionamiento de la máquina de inyección. Existen dos tipos de mecanismos de cierre para una máquina de inyección, el mecanismo cilindro hidráulico, y el mecanismo de palanca, mostrados en la figura 3.
8
Figura 3. Mecanismo de cierre de una MMI
El sistema de cilindro hidráulico ejecuta los movimientos de cierre y apertura del molde mediante uno o más pistones hidráulicos pequeños, y la fuerza final de cierre se obtiene mediante un cilindro de mayores dimensiones que actúa directamente sobre la platina móvil. El mecanismo de palanca es útil cuando se trata de desarrollar fuerzas de cierre a distancia fija. Este sistema es generalmente el más usado, ya que la utilización de cilindros más pequeños y por lo tanto con bajos requerimientos de caudal de aceite están acorde a las elevadas velocidades obtenidas en comparación al sistema de cilindro hidráulico, puede ser más eficiente en términos de energía, más barato y simple en su construcción.
9
1.3.3. Botadores Para la extracción de los artículos plásticos existen varios sistemas, los cuales actúan cuando el molde ha abierto una distancia suficiente, para permitir el desprendimiento de la parte de la superficie del molde. Esto significa un circuito adicional, ajustado a los dispositivos del ciclo automático de la MMI, con el propósito de acelerar la producción. En la industria se conocen tres sistemas de botadores: mecánicos, hidráulicos y neumáticos.
1.3.3.1. Mecánicos Aprovechan la acción de la apertura del molde para expulsar la parte por medio de una placa móvil. El accionamiento de la placa puede hacerse por medio de cadenas o barras con una adecuada graduación.
1.3.3.2. Hidráulicos Algunos moldes traen montados cilindros hidráulicos usados para separar partes de moldes de construcción compleja. Estos botadores pueden tener varias formas de accionamiento, dependiendo de la aplicación del molde. Cuando el molde está abriendo los cilindros son accionados, haciendo salir las piezas del molde; a 90 grados, 45 grados hacia arriba, abajo y laterales.
10
1.3.3.3. Neumáticos Los botadores neumáticos son usados para extracciones que requieren de poca fuerza y con diseños cilíndricos. El aire hace presión entre las paredes del molde y el producto es despegado y expulsado.
1.3.4 Sistema hidráulico Una de las condiciones básicas del moldeo con una MMI eficiente consiste en tener un buen sistema hidráulico. Los materiales plásticos se moldean por calor y presión y la aplicación correcta de ambos es esencial para la producción eficiente. La presión hidráulica se genera cuando un fluido
encuentra una
resistencia, generalmente relacionada con la carga que está moviéndose.
En
la figura 4, se muestra un circuito hidráulico sencillo, en el cual notamos que la presión desarrollada actúa sobre el área del pistón, cuando tiene cierta área. La siguiente fórmula relaciona la presión por el área generando una fuerza específica.
11
Figura 4. Circuito hidráulico
Ph X A =
F
Fórmula 1
Donde Ph = presión hidráulica A
= área
F = fuerza
Si la presión de sostenimiento de 4.8 MPa (700 PSI), actuando en un área de 1 m2, nos genera una fuerza de 4.82 MN (1.08 Mlb f ). En nuestro estudio es importante mencionar la ley de Pascal que dice: una presión actuando en un fluido determinado es transmitido igualmente y unidimensionalmente en todas las direcciones. Este principio es importante cuando se considera esta presión en algún circuito del sistema hidráulico de la MMI, que es igual para todo el sistema.
12
Una de las principales ventajas del uso de la hidráulica para energizar la MMI, es la eficiente transmisión de fuerzas y un único sistema hidráulico para toda la máquina, al contrario si fuera sistema eléctrico se necesitarían un motor para cada movimiento. La velocidad de un componente hidráulico puede ser calculado con la siguiente fórmula: Sv =
V / t. A
Fórmula 2
Donde: Sv
= velocidad del pistón
V / t = volumen del aceite por tiempo A
= área del pistón La figura 5 muestra un pistón de 25 centímetros cuadrados, que mueve
un tornillo de inyección. Tiene una bomba de 10 GPM ( 6.3 X 10-4 m3/min), y una válvula de alivio de presión de 1500 PSI (10.3 Mpa), que representa el cierre completo de la MMI. La velocidad se calcula así:
Figura 5. Pistón hidráulico
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S =
10 GPM . 25 cm2
S =
6.3 X 10-4 m3/min . 0.0025 m2
S = 0.252 m/seg. La selección y mantenimiento del fluido hidráulico son de mayor importancia. Los aceites no solamente han de ser claros y poseer la debida viscosidad, sino que debe ser antioxidantes y completamente saturados. De otro modo la sedimentación y los aumentos de espesor no tardarán en hacer su aparición. Cuando se trata de seleccionar equipo para una MMI, se necesita considerar la presión de sostenimiento, requisitos para cierre de molde así como la presión de otros accesorios.
1.3.4. Bomba hidráulica La bomba es probablemente el componente más importante y constituye un campo muy complejo, ya que se construyen en varios modelos y tamaños, con muchos y diferentes mecanismos de bombeo a la vez que para múltiples y numerosos propósitos. Su función es la convertir la energía mecánica suministrada por el motor de arrastre (eléctrico o de combustión interna), en energía hidráulica al empujar el fluido dentro del sistema. Una bomba tiene por objeto proporcionar un caudal líquido venciendo para ello determinadas resistencias, una evaluación de las cuales la constituye la presión que da origen. Es decir, sólo proporcionan caudal a su salida. 14
Para garantizar una larga vida de la bomba y demás elementos del circuito, los mandos hidráulicos consta de filtro y accesorios. Seguidamente mostramos la tabla I advirtiendo que se trata de los modelos más significativos de las bombas hidráulicas que pueden trabajar a caudal constante o variable, para circuito cerrado o abierto. No obstante, en el mercado se puede encontrar una amplia gama de modelos, añadiendo con ello una dificultad más para una correcta elección.
Tabla I. Bombas hidráulicas Desplazamiento Hidrostáticas Desplazamiento positivo
Modelos paletas pistones
Engranajes Fuente: E. Carnicer Royo. Oleohidráulica. Pág. 56.
radiales Axiales Externos
Las bombas más usadas en las inyectoras de plástico son las bombas veletas, (Víckers, Inc). En la figura 6 se muestra el rotor dirigido por un árbol con ranuras profundas, en las cuales se insertan otras veletas de acero templado. Cuando el rotor gira, la fuerza centrífuga lanza las veletas, que sigue el hueco ovalado de eje mayor horizontal. La presión líquida posterior a las veletas les ayuda a sostenerse contra el duro aro perfilado. Tiene dos canales internos, en X1 y X2, y dos de descarga, en F1 y F2, al girar las veletas, los espacios adyacentes a los canales internos se dilatan, creando un vacío que fuerza la entrada de líquido en la bomba. Este líquido es conducido hacia espacios adyacentes al de salida donde las veletas están deprimidas por el contorno del aro, forzando el líquido a que pese
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a los canales de descarga. La bomba es de autoalimentación, si bien se suele situar a corta distancia sobre el nivel del líquido del tanque. Es esencial una buena alimentación para reducir el desgaste en los soportes y empaquetaduras, pues se producirán ruidos en caso de entrar aire en la bomba a través aire en la bomba a través de las empaquetaduras.
Figura 6. Rotor dirigido por un árbol
Es conveniente instalar una válvula de seguridad para evitar la bomba actúe por encima de su valor de presión y perjudique el envolvente de equipo. Existen otras modificaciones de ese tipo de bombas de veleta, incluyendo una construcción doble, en que una de las unidades suministra gran volumen a baja presión, para un rápido acercamiento al cerrar la prensa, mientras que la otra mitad sirve poco volumen a presión alta, para generar plena presión que requiere la operación de moldeo. La diferencia de diseño entre la bomba de gran volumen y baja presión y poco volumen, reside en el mayor espacio entre las veletas y aro en la unidad de gran volumen. Ambas
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bombas están encerradas en el mismo cuerpo y tienen el mismo árbol de impulsión.
1.3.4.2. Válvulas de control de presión Este tipo de elementos hidráulicos sirve para controlar la presión del fluido según la necesidad de los diferentes usuarios del sistema. Por lo regular se ajustan mutuamente, comprimiendo un resorte calibrado que las ajusta a la presión requerida. En la figura 7 se muestra la simbología de las válvulas de tipo limitadoras de presión que actúan
por medio de un comando piloto
hidráulico o eléctrico, el cual al momento de presentarse libera el aceite, y de esta manera mantienen un valor de presión predeterminado.
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Figura 7. Simbología de válvulas de control de presión
1.3.4.3 Válvulas de control de flujo Este elemento hidráulico es el encargado de regular la velocidad, o en una palabra, de control de flujo de aceite que necesitan los diferentes usuarios del sistema. Aunque existen válvulas de este tipo operadas manualmente, en la actualidad son más usadas las válvulas de flujo de control remoto, ya que permiten ajustes al tamaño del estrangulador, por medio de una señal eléctrica. La figura 8 presenta algunas variantes de válvulas de control de flujo.
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Figura 8. Simbología de variantes de válvulas de control de flujo hidráulico
1.3.4.4
Válvulas direccionales
A la salida de los dispositivos hidráulicos de regulación se conectan los diversos órganos de mando direccional que, por lo general, son electro válvulas (de una, dos, tres, cuatro vías, etc.), que dependen básicamente, de señales eléctricas que actúan sobre bobinas y las cuales, a su vez, por medio del campo electromagnético generado, mueven un núcleo mecánicamente
19
acoplado al carrete distribuidor del flujo hidráulico, el que va de esta manera directamente hacia los actuadores, cilindros o motores. Por lo general, son válvulas que operan con señal eléctrica on-off . En la figura 9 se muestra una válvula direccional.
Figura 9. Válvula direccional
Por ejemplo, para determinar el tonelaje de una MMI necesitamos conocer el material a trabajar, hacemos uso del diagrama PVT en la figura 10. Existen una gama de materiales polímeros en donde cada uno tendrá su propio comportamiento en el diagrama PVT.
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Figura 10. Diagrama PVT para polímeros. Se muestra el trazo de un ciclo de moldeo por inyección en un diagrama PVT
El diagrama revela cuatro pasos básicos. Una inyección (0-1), en un proceso isotérmico y con alta presión mantenida (1-2), un isobárico, proceso de enfriamiento durante el sostenimiento de (2-3), un isovolumétrico, después del enfriamiento se congela al abrir la puerta con una presión atmosférica (3-4) y entonces el enfriamiento isobárico a temperatura ambiente. El sostenimiento (2-3), es el paso de interés para determinar la máxima presión que necesita la máquina para trabajar. En la figura 6 el sostenimiento alcanza 600 bar de presión equivalente a 600X10 5 N/m2. En el tiempo de sostenimiento, la prensa de molde debe soportar la presión de sostenimiento sin abrirse. Las platinas de la prensa de molde tienen
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un área cuadrada de 0.25 m de lado, (A = 0.0625 m 2) en la cual la presión generará una fuerza de acuerdo con la fórmula 3, así: F
=
Ph
X
A
Fórmula 3
F
=
600 X 105 N/m2 X0.0625 m2
F
=
1200 X 105 N (383 toneladas) La MMI debe tener un tonelaje mínimo de 383 toneladas en el cierre del
molde. Para el cálculo de la bomba, supondremos un cilindro de área de 60 cm2 y necesitamos de una velocidad del pistón de 0.1 m/seg. De tal manera que el volumen por unidad de tiempo será según la fórmula 4. V/t = Sv X
A
Fórmula 4
V/t = (0.1 m/seg) X (6 X 10-3m2) V/t = 6 X 10-4 m3/seg V/t = 0.1585 G/seg ó 9.51 GPM
Se efectúan más de un movimiento al mismo tiempo, sumando también las pérdidas de presión; la mayoría de las máquinas incluye un caudal piloto de 5 a 10 GMP para su efecto. Tomando en cuenta esto se usa una bomba de 20 GPM, regulados por una válvula de presión de acuerdo a la necesidad del circuito, como se ve en la figura 11.
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Figura 11. Diagrama hidráulico con bomba de 20 GPM
1.3.5. Sistema de control
El tipo de sistema de control proporciona la ejecución manual, semiautomática y automática de todas las operaciones relacionadas con el moldeo por inyección. Para ello debe ser capaz de controlar las variables de molde, de inyección, tipos de botadores, temperaturas adecuadas, temperatura de aceite, conteo de producción, diferentes velocidades y presiones, protección tanto para el molde y máquina como para los operarios. Por ejemplo, para la protección de operarios, el molde nunca cerrará si la puerta de la máquina no está cerrada, o nunca inyecta si no tiene protecciones de inyección.
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1.3.5.1. Modo manual En este modo de funcionamiento, cada operario debe realizarse por separado, y es el operador quien ejecuta por medio de pulsadores, directamente en la botonera de comandos manuales.
La operación dura
exactamente el tiempo que el operador mantiene presionado el pulsador.
1.3.5.2. Modo semiautomático Para este modo de funcionamiento la máquina esta en la capacidad de realizar un ciclo de inyección completo. Es decir, cierra el molde, inyecta, el producto se enfría, carga, abre el molde, expulsa y queda listo para el siguiente ciclo. Necesita un comando de arranque, que normalmente es una señal de arranque, que le da la puerta de la máquina, en la mayoría de los casos. Para empezar de nuevo un ciclo, es necesaria la intervención del operario para abrir y cerrar la puerta. Este modo es muy conveniente en productos que debido a su forma o alguna falla en la máquina, el producto no puede desprenderse del molde, para lo cual el operario debe abrir la puerta para quitarlo manualmente.
1.3.5.3. Modo automático La forma básica de esta función, es similar a la de modo semiautomático, con la única condición que la máquina al terminar el ciclo de inyección, no necesita que el operario realice maniobra alguna para empezar el nuevo ciclo. Este modo normalmente se usa en artículos que no tiene dificultad para
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desprenderse del molde, y algunos para asegurarse de esto tienen dispuesto un dispositivo que sensa la caída del producto.
1.4 Materia prima Aunque existe una división de materiales plásticos, sus descripciones se salen del contexto de este trabajo.
Centrando nuestro estudio
en los
materiales más usados a nivel de empresas locales, que se muestran en la tabla 2.
Tabla II. Datos de polímeros Material
Densidad (g/cm2)
Temperatura de
Temperatura de
derretido oC
transición de cristal
Polietileno
o
C
de 0.910 para 0.926
105 para 115
-90 para -80
Polietileno de alta 0.940 para 0.972
130 para 135
-120 para -90
0.900 para 0.910
165 para 176
-10 para 0
1.04 para 1.200
Amorfo
80 para 113
Amorfo
-60 para -20
baja densidad densidad Polipropileno homopolímero Poliestireno homopolímero Poliestireno
de 1.000 para 1.100
alto impacto Estireno
1.07 para 1.25
Amorfo
95 para 105
Acrilonitril
1.04 para 1.060
Amorfo
80 para 125
Fuente: Hanser. Injection Holding Processing Data. Páginas 43-118.
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Cada material tiene sus propiedades que difieren uno de otro como densidad, punto de derretido, temperatura de transición de cristal, también gráficas de curvas de enfriamiento, viscosidad, diagrama PVT, capacidad calorífica, conductividad, entalpía. Estas propiedades son necesarias para la elección adecuada de la MMI.
1.5 Clasificación de las MMI Las MMI se pueden clasificar de acuerdo a dos de sus características para describirlas, tamaño de la carga de inyección y tonelaje de sujeción, de acuerdo a Richardson & Lokensgard, Industrias del plástico, página 171.
a) Tamaño de la carga de inyección, que es la cantidad máxima de material que inyecta la máquina en cada ciclo. Teniendo en cuenta las grandes variaciones de densidad de los plásticos comerciales, debe acudirse a la comparación con un patrón de referencia para medir el tamaño de la carga, siendo el poliestireno el generalmente aceptado. Una máquina pequeña de laboratorio puede aceptar una carga de inyección máxima de 20 gramos. En el caso de las máquinas de gran capacidad puede alcanzar de 9,000 gramos o 9 kilogramos. b) Tonelaje de sujeción, que es la fuerza máxima que puede aplicar una máquina a un molde. Un método para clasificar las MMI consiste en distinguir entre tamaños pequeño, medio y grande. Generalmente, las máquinas pequeñas tienen tonelajes de sujeción de 99 toneladas o menos; las de tamaño medio, entre 100 y 999 toneladas, y las grandes de 1,000 a 5,000 toneladas dentro de la normalidad, para tamaños mayores se necesita un pedido especial.
26
1.6
Preparación de la MMI para producir Los plásticos orgánicos requieren en su manejo no sólo gran habilidad al
escoger el equipo correspondiente, sino una comprensión por parte del individuo encargado de la producción, no solamente a los principios mecánicos de la operación, sino que ha de incluir un conocimiento a fondo de cambios, tanto químicos como físicos que tiene lugar en las materias. Los moldes tienen características propias del tipo de material a usar, tonelaje necesario para producir, entre otras. Esto nos ayudará a escoger el tipo de maquinaria a utilizar, temperatura de derretido, abertura del molde, expulsores, enfriamiento, y nos dará el ciclo al que debe trabajar la máquina.
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2. AUTÓMATAS, (CONTROL LÓGICO PROGRAMABLE)
2.1 Introducción El autómata programable PLC, ( Programmable Logic Controller ), es un conjunto de elementos industriales que construyen un equipo electrónico a través del cual pueden controlarse a tiempo real procesos secuenciales para aplicaciones industriales de muy diversos tipos. Ha supuesto una innovación tecnológica muy importante en el campo de los automatismos eléctricos, sustituyendo a las funciones lógicas, que durante un cuarto de siglo, ha sido la base de los automatismos industriales. Es el corazón de la actual automatización de instalaciones, ya que es el elemento al que llega y controla la información y después distribuye las señales a los actuadores para que ejecute órdenes de realización. En general están en constante evolución, ahí están los variadores de velocidad para motores de c.a., para motores c.c., arrancadores estáticos, controladores electrónicos y otros. Este trabajo es amplio en contenidos al recoger estudios y aplicaciones de una parte muy importante de los autómatas programables AP (como también se le llama), ya que abarca desde conocimientos teóricos hasta sus aplicaciones prácticas en el campo del telemando. Sus posibilidades en cualquier entorno (industrial, comercial, domestico, etc.) y su funcionamiento, tanto a nivel de material ( hardware ) como de programación (software ). Es necesario conocer los materiales y tecnologías que a diario se aplican, para
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la realización de estudios y presupuestos que lleva a la elección aparatos eléctricos que se ajustarán a las necesidades del proceso de automatizar.
La capacidad de un PLC está directamente relacionada con la velocidad de ejecución del programa y las variables tratadas. Un PLC del mercado actual tarda unos 0,15 ms por cada Kinstrucciones, o sea que el resultado aceptable para el control de cualquier automatismo. El fin de dicha ejecución es provocar el cambio de las variables tratadas. Este cambio sobre las variables se realiza antes, durante y al final del programa.
Antes del programa se realiza la lectura de las entradas (inicio de ciclo), al final se realiza la escritura de las salidas (fin de ciclo y enlace con el inicio). Durante la ejecución del programa se realiza la lectura y/o escritura de las variables internas según el contexto programado. El programa se interrumpen por instrucciones para realizar otras tareas consideradas prioritarias, pero el aspecto más importante es la garantía de ejecución completa del programa principal.
Otro punto importante es la programación del PLC. Se tiende a programar con software para PC actuales, se utilizan entornos gráficos intuitivos, agradables. Esto implica un conocimiento, en la mayoría de los casos de un ordenador, casi siempre portátil, con el fin de depurar el programa desarrollado en la propia instalación. Otra forma de programar es una pequeña consola, la cual nos va a permitir una mayor autonomía; el desembolso, en un principio es menos costoso que un ordenador.
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El mayor problema estriba en que estas consolas, hoy día, están pensadas para programar PLC’s pequeños (de hasta 48 E/S). Es evidente que en PLC’s superiores una programación con estas consolas se convierte en un proceso tedioso ya que se visualizan, normalmente, una o dos líneas del programa escrito. Estas consolas sí tienen utilidad, para modificar datos, bien de autómatas pequeños como de un calibre superior.
2.2 Estructura La estructura básica de un autómata programable es alimentación eléctrica, unidad central CPU e interfases de entradas y salidas como se puede ver en la figura 12.
Figura 12. Estructura del autómata
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a) Alimentación eléctrica Los PLC’s normalmente se alimentan con voltajes de 220 y 110 VAC. Estos voltajes son transformados a niveles bajos y rectificados para obtener 24 , 10 y 5 VDC, que son los que utiliza para alimentar el cpu, sensores, entradas locales, bobinas de relés, y módulos de ampliación. Algunos PLC’s, no traen rectificación interna por lo cual necesitan de una fuente de poder externa de 24 VDC. Se debe tener información para determinar cuanta energía (o corriente) puede suministrar el modulo central a la configuración en cuestión. Si se conecta una fuente de alimentación externa de 24 VDC en paralelo con la fuente de alimentación para sensores DC, puede causar un conflicto entre ambas fuentes ya que cada una intenta establecer su propio nivel de tensión de salida. Este conflicto puede tener como consecuencia una reducción de la vida útil o la avería inmediata de una o ambas fuentes de alimentación y, en consecuencia, el funcionamiento imprevisible del sistema de automatización. Un funcionamiento imprevisible puede ocasionar la muerte o lesiones graves al personal, y/o daños al equipo o bienes materiales. La fuente de alimentación para sensores y la fuente de alimentación externa deben alimentar diferentes puntos. Se permite una conexión común de los cables neutros.
b) Unidad central Es el cerebro del PLC. Consta de uno o varios microprocesadores (según fabricante) y la memoria.
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El microprocesador es un circuito integrado (chip ), que realiza una gran cantidad de operaciones, agrupadas en operaciones de tipo lógico, de tipo aritmético y control de transferencia de la información del autómata. Se programan mediante un software propio. La mayoría de ellos ofrecen varias formas de programación (lenguaje contactos, lenguaje nemónico o instrucciones, lenguaje de funciones, grafcet , etc). Trabajan según la lógica de 0 y 1, esto es, dos estados para un mismo bit. Normalmente trabajan con bases de 16 bits, del 0 al 15 aunque los nuevos equipos trabajan con bases de 32 bits. Según los modelos de CPU ofrecen en principio más o menos capacidad de memoria, pero también va ligado esto a un aumento de la velocidad del reloj del procesador y prestaciones de cálculo o funciones matemáticas especiales. La memoria es todo dispositivo electrónico que permite almacenar información en forma de bits (1 y 0). Existen diferentes tipos de memorias:
RAM: memoria temporal de escritura/lectura, con acceso libre y escritura/lectura eléctrica. Se borra al faltarle corriente; ROM: memoria de valores fijos. Sólo lectura sobre la memoria. Se introduce el programa durante el proceso de fabricación. No se puede borrar; PROM: Memoria programable con valores fijos y no se puede borrar. Programación eléctrica; EPROM: Memoria modificable con valores fijos. Se puede borrar con rayos ultravioleta; EEPROM: Memoria ROM que se borrar y se programa eléctricamente. Hoy en día la capacidad de cálculo de estos PLC’s es grandísima, sobre todo si se trabaja con números reales o coma flotante, dando unas resoluciones mas que deseables. Trabajando con programas digitales puede alcanzarse un ciclo de scan de 10 ms y con programas analógicos puede llegarse a los 40 ms, mucho más rápido que cualquier sistema de lectura analógico o válvula de control.
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El programa alojado en la CPU va escrito en un lenguaje propio de la misma, se ejecuta en una secuencia programable y tiene un principio y un final. El tiempo que transcurre entre los dos se llama ciclo de scan y hay un temporizador interno que vigila que este programa se ejecute de principio a fin, llamado perro guardián o watchdog . Si este temporizador finaliza y el programa no ha ejecutado la instrucción END, el PLC pasará a estado de STOP . Durante el ciclo de scan que se muestra en la figura 13, la CPU ejecuta la mayoría de las tareas o todas ellas.
Figura 13. Ciclo scan del autómata programable
Escribir salidas
Efectuar un diagnóstico
Leer las entradas
Un ciclo
Procesar las Peticiones de comunicación
Lee las entradas Ejecuta el programa del usuario Procesa las peticiones de comunicación Efectúa un diagnóstico Escribe las salidas
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Ejecutar el programa del usuario
c) Interfases entradas/salidas digitales Se enchufan o conectan al rack y comunican con la CPU a través de la citada conexión. En el caso de las entradas digitales transmiten los estados 0 ó 1 del proceso (presostatos, finales carrera, detectores, conmutadores, etc) a la CPU. En el caso de las salidas, la CPU determina el estado de las mismas tras la ejecución del programa y las activa o desactiva en consecuencia. Normalmente se utilizan tarjetas de entradas de 24 DCV y salidas de 24 DCV, aunque también las hay de 110 y 220 VAC, depende de las preferencias y normativas locales. Las hay de 8, 16 y 32 entradas o salidas o mezclas de ambas.
d) Interfases entradas/salidas analógicas Se enchufan o conectan al rack de igual manera que las anteriores, pero teniendo en cuenta que en algunos modelos de PLC's han de estar situadas lo más cerca posible de la CPU. Estas tarjetas leen un valor analógico e internamente lo convierten en un valor digital para su procesamiento en la CPU. Esta conversión la realizan los convertidores analógico-digitales internos de las tarjetas que en algunos casos es uno para todos los canales de entrada o salida aunque actualmente se tiene uno por cada canal. En este último caso el procesamiento de las señales analógicas es mucho más rápido que en el otro. Estas tarjetas son normalmente de 2, 4, 8 ó 16 entradas/salidas analógicas, llamándose a cada una de ellas canal y empezando por el 0, esto es, una tarjeta de 4 canales analógicos comenzaría por el 0 y terminaría en el 3. Los rangos de entrada están normalizados siendo de más frecuencia de 4-20
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mA, sin importar la carga, ya que están a prueba de corto circuito, y 0-10 DCV, aunque también existen de 0-20 mA, 1-5V, 0-5V, etc. Lo más importante a la hora de elegir una tarjeta analógica es que ésta disponga de separación galvánica u óptico para cada canal, es decir, que los canales sean totalmente independientes electrónicamente unos de otros dentro de la propia tarjeta para que no se afecten mutuamente por efecto de una mala tierra o derivación a la misma de uno de ellos.
e) Tarjetas especiales para expansión Se enchufan o conectan al rack y comunican con la CPU a través de buses de conexión. Se utilizan normalmente para control o monitorización de variables o movimientos críticos en el tiempo, ya que usualmente realizan esta labor independientemente de la CPU. Son algunas muestras las siguientes: Tarjetas de posicionamiento de motores Tarjetas de regulación, y otros.
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2.3 Comunicación
La interfaz de comunicación se encarga de la transferencia de información entre hombre máquina, entre ésta y es resto de elementos en gestión a través de puertos y buses, constituyendo así algún tipo de red. Hay varios tipos de redes con las cuales se pueden conectar los PLC’s:
a) Redes locales (LAN), son aquellas que conectan una red de ordenadores normalmente confinadas en un área geográfica, como un solo edificio o un campus de la universidad. El desarrollo de varias normas de protocolos de red y medios físicos han hecho posible la proliferación de LAN's en grandes organizaciones multinacionales, aplicaciones industriales y educativas. b) Redes de área extensa (WAN), a menudo una red se localiza en situaciones físicas múltiples. Esto se realiza conectando las diferentes LAN's mediante servicios que incluyen líneas telefónicas alquiladas (punto a punto), líneas de teléfono normales con protocolos síncronos y asíncronos, enlaces vía satélite, y servicios portadores de paquetes de datos. c) Los sitios World Wide Web (WWW) de Internet proporcionan ahora recursos personales, educativos, políticos y económicos a cada esquina del planeta. d) Una Intranet es una red privada que utiliza herramientas del tipo de Internet, pero disponible sólo dentro de esa organización. Permite un modo de acceso fácil a información corporativa para los empleados a través del mismo tipo de herramientas que emplean para moverse fuera de la compañía.
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e) Ethernet es la capa física más popular; la tecnología LAN usada actualmente. Ethernet es popular porque permite un buen equilibrio entre velocidad, costo y facilidad de instalación. Estos puntos fuertes, combinados con la amplia aceptación en el mercado y la habilidad de soportar virtualmente todos los protocolos de red populares, hacen a Ethernet la tecnología ideal para la red de la mayoría los usuarios de la informática actual. La norma de Ethernet fue definida por el Instituto para los Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) como IEEE Standard 802.3. Adhiriéndose a la norma de IEEE, los equipos y protocolos de red pueden interoperar eficazmente. Para redes Ethernet que necesitan mayores velocidades, se estableció la norma Fast Ethernet (IEEE 802.3u). Esta norma elevó los límites de 10 Megabits por segundo (Mbps.) de Ethernet a 100 Mbps. con cambios mínimos a la estructura del cableado existente. Se diseñan redes Ethernet típicamente en dos configuraciones generales o topologías: bus y estrella. Estas dos topologías definen cómo se conectan entre sí los nodos. Un nodo es un dispositivo activo conectado a la red, como un ordenador o una impresora. Un nodo también puede ser dispositivo o equipo de la red como un concentrador o conmutador. Una topología de bus consiste en que los nodos se unen en serie con cada nodo conectado a un cable largo o bus. Muchos nodos pueden conectarse en el bus y pueden empezar la comunicación con el resto de los nodos en ese segmento del cable. Una rotura en cualquier parte del cable causará, normalmente, que el segmento entero pase a ser inoperable hasta que la rotura sea reparada.
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Figura 14. Topología de redes
Fuente: Internet.
[email protected] 15/03/2002
Los repetidores se emplean para conectar dos o más segmentos Ethernet de cualquier tipo de medio físico. Según los segmentos exceden el máximo número de nodos o la longitud máxima, la calidad de las señales empieza a deteriorarse. Los repetidores proporcionan la amplificación y resincronización de las señales necesarias para conectar los segmentos. Al partir un segmento en dos o más subsegmentos, permitimos a la red continuar creciendo. Una conexión de repetidor cuenta en el límite del número total de nodos de cada segmento. Por ejemplo, un segmento de cable coaxial fino puede tener 185 metros de longitud y hasta 29 nodos o estaciones y un repetidor, ya que el número total de nodos es de 30 por segmento. Un segmento de cable coaxial
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grueso puede tener 500 metros, 98 nodos y 2 repetidores (para un total de 100 nodos por segmento). Los protocolos de red son normas que permiten a los ordenadores comunicarse. Un protocolo define la forma en que los ordenadores deben identificarse entre si en una red, la forma en que los datos deben transitar por la red, y cómo esta información debe procesarse una vez que alcanza su destino final. Los protocolos también definen procedimientos para gestionar transmisiones o paquetes perdidos o dañados. Aunque cada protocolo de la red es diferente, todos pueden compartir el mismo cableado físico. Este concepto es conocido como independencia de protocolos, lo que significa que dispositivos que son compatibles en las capas de los niveles físicos y de datos permiten al usuario ejecutar muchos protocolos diferentes sobre el mismo medio físico, con la condición que usen la misma velocidad de transferencia. Dependiendo de la capacidad del microprocesador del autómata utilizado, la red puede asistir uno o varios de los siguientes protocolos de comunicación: interfase punto a punto (PPI), es un protocolo maestro/esclavo. Los maestros (otros autómatas, unidades de programación o visualizadores de texto), envían peticiones a los esclavos y éstos últimos responden.
Los
esclavos no inician mensajes, sino que esperan a que un maestro les envíe una petición o solicite respuesta. El protocolo PPI no limita la cantidad de maestros que pueden comunicarse con un autómata cualquiera que actúe como esclavo. Puede ser un protocolo maestro/maestro, o bien maestro/esclavo, dependiendo del equipo utilizado algunos autómatas siempre serán maestros, y otros serán siempre esclavos debido a su capacidad. Un enlace (conexión privada) entre dos
40
dispositivos, no puede ser interferida por otro maestro. Un maestro puede establecer un enlace por tiempo definido o indefinido. Protocolo PROFIBUS (Process Field Bus , por sus siglas en inglés), se ha diseñado
para
una
comunicación
rápida
con
unidades
periféricas
descentralizadas. Hay varios dispositivos PROFIBUS ofrecidos por diversos fabricantes, que abarcan desde los módulos sencillos de entradas y salidas hasta controladores de motores y sistemas de automatización. Las redes PROFIBUS incorporan un maestro y varios esclavos. Los maestros inicializan la red, reconocen los tipos de esclavos conectados,
sus direcciones y verifica sus configuraciones.
que están Una vez un
maestro haya configurado correctamente a un esclavo, este último le pertenecerá. Si hay otro maestro en la red tendrá apenas un acceso limitado a los esclavos del primer maestro. Los protocolos PPI, MPI, y PROFIBUS, se implementan en una red token ring (red de anillo con testigo), conforme al estándar PROFIBUS, descrita en la
norma europea EN 50170. Se trata de protocolos asíncronos de carácter que utilizan un bit de inicio, ocho bits de datos, un bit de paridad y un bit de parada. Los bloques de comunicación dependen de los caracteres especiales de inicio y de parada de las direcciones de estación de fuente y de destino de longitud de dichos bloques y de la suma de verificación para garantizar la integridad de los datos. La familia PROFIBUS está compuesta de tres versiones compatibles: PROFIBUS-DP, alta velocidad, bajo costo, diseñado para la comunicación entre sistemas de control y entradas/salidas distribuidas a nivel de dispositivos. PROFIBUS-PA, conecta sensores y actuadores con un bus común, aun con seguridad intrínseca, permite datos y energía utilizando 2 cables según norma
41
IEC1158-2. PROFIBUS-FMS, comunicaciones de alto nivel para propósitos generales. Con tanta información pendiente de ser recogida, es evidente que se desee recoger tanta y tan rápida como sea posible. Aunque hay una amplia variedad de interfaces de comunicación, nos centraremos a la norma RS-485. Diseñada para permitir múltiples dispositivos unidos (hasta 32 dispositivos en un segmento e red, y hasta 127 con repetidores), por una red multidrop de dispositivos serie RS-485, con la ventaja de soportar una mayor distancia (1200 metros de longitud máxima y con repetidores hasta 9600 metros), y velocidad de transmisión desde Kbit/seg hasta 12 Mbit/seg. Esto mejora lo ofrecido por las normas RS-232/RS-423 y RS-422. El rendimiento del PLC global depende de numerosas variables complejas, no obstante dos factores básicos la determinan, la velocidad de transferencia y el número de estaciones conectadas a la red.
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2.4.
Software industrial
El software corresponde al programa específico de una determinada instalación. La programación se realiza con lenguajes enfocados a la industria (como es la electricidad, electrónica, neumática, hidráulica, etc.), y basados en los mismos principios que los esquemas que se realizan con relés, lógica cableada o paso a paso. En el programa se designan mediante direcciones los registros, los contadores, los temporizadores, entradas y salidas. En los PLC’s pequeños estas direcciones comúnmente están asignadas por el fabricante, pero en los mayores, pueden ser definidas por el programador, con mayor aprovechamiento de la memoria. Un PLC debe ser capaz de iniciar su programa siempre que exista una falla de energía, por lo que todas las eventualidades deben ser programadas en él. Los PLC’s trabajan únicamente con dos estados lógicos, ALTO y BAJO, ON y OFF, 1 y 0, etc., lo cual no es práctico desde el punto de vista de enlace hombre-máquina, por lo que se requiere de lenguajes de programación que traduzcan las ideas humanas a estados lógicos. Debido a la
complejidad en la programación de los autómatas
programables requiere la estandarización de la misma. Bajo la dirección del IEC el estándar IEC 1131-3 (IEC 65) para la programación de PLC's alcanzó el estado de Estándar Internacional en agosto de 1992. Los lenguajes gráficos y textuales definidos son una fuerte base para entornos de programación potentes en PLC's. Con la idea de hacer el estándar adecuado para mayores aplicaciones, cinco lenguajes han sido definidos en total:
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a. Gráfico secuencial de funciones (grafcet). b. Lista de instrucciones (LDI o AWL). c. Texto estructurado. d. Diagrama de contactos (KOP) e. Diagrama de flujo.
2.4.1 Gráfico secuencial de funciones (grafcet ) El gráfico secuencial de funciones (SFC o grafcet ) es un lenguaje gráfico para describir ciclos automáticos mediante símbolos.
Desarrolla los
automatismos de una forma simple y de fácil comprensión para el que analiza esta representación gráfica. Soporta selecciones alternativas y secundarias paralelas. Los elementos básicos son etapas y transiciones. Una etapa puede ser inactiva o activa. En todo el grafcet solo una etapa puede ser activa en un momento dado. Para que una etapa sea activa ha tenido que preceder una transición en la que se han producido unas acciones. El franqueamiento de una transición provoca el paso de una etapa a otra dentro del ciclo de mando. Una transición es válida cuando ya han sido activas las transiciones anteriores. El SFC es la forma lógica de especificar y programar el más alto nivel de un programa para PLC. Este lenguaje fue inventado por ingenieros de la marca francesa Telemecanique, y posteriormente se hizo lenguaje estándar IEC, y son ahora muchos los fabricantes que tienen su propia versión.
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Este lenguaje es muy apropiado para el manejo de posicionadores, alimentadores, y todo aparato cuyos movimientos mecánicos sean repetitivos. En la figura 15, se muestra un ejemplo del gráfico secuencial de funciones de cuatro motores con encendido retardado entre cada uno de 5 segundos.
Figura 15. Gráfico secuencial de funciones
0
Instalación dispuesta Todos los interruptores automáticos conectados Marcha a SA SB KM4 (M4) o KM5 (M5)
1 5s
2
KM3 (M3) 5s
3
KM2 (M2) 5s
4
KM1 (M1)
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2.4.2. Lista de instrucciones
La lista de instrucciones (IL o AWL) es un lenguaje de bajo nivel, en el que cada
línea del programa contiene una operación que utiliza una
abreviatura nemotécnica para representar una función de la CPU, (ejemplo, almacenar un valor en un registro). Las operaciones se unen y combinan en un programa, creando así la lógica de control de la aplicación. Las operaciones AWL hacen uso de una pila lógica en la CPU para resolver la lógica. Leen sólo los valores de la pila lógica, muchas otras modifican también los valores ahí almacenados. Este lenguaje es adecuado para pequeñas aplicaciones y para optimizar partes de una aplicación. Es el preferido por los ingenieros europeos. Son los más matemáticos de los lenguajes, al requerirse manejo de tablas de verdad y simplificación de funciones lógicas booleanas para su empleo.
Figura 16. Elementos básicos del programa AWL //Programa para tren transportador NETWORK //Marcha del motor: LD “Marcha1” //Si I0.0 está activada (on) AN “Paro_Em1” //e I0.1 no está activada , = Q0.0 //poner en marcha el motor del transportador NETWORK LD I0.1 O I0.3 R Q0.0, 1
//Paro de emergencia transportador //si Paro_Em1 está activada //o si Paro_Em2 está activada, //parar el motor del transportador.
NETWORK MEND
//Fin del programa
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2.4.3. Texto estructurado El texto estructurado (structured text o ST, por sus siglas en inglés) es un lenguaje de alto nivel estructurado por bloques que posee una sintaxis parecida al PASCAL. El ST puede ser empleado para realizar rápidamente sentencias complejas que manejen variables con un amplio rango de diferentes tipos de datos, incluyendo valores analógicos y digitales. También se especifica tipos de datos para el manejo de horas, fechas y temporizaciones, algo importante en procesos industriales. El lenguaje posee soporte para bucles iterantes como repear until , ejecuciones condicionales empleando sentencias If-then-else y
funciones como SQRT() y SIN(). Comprende tres partes básicas: el programa principal, que es la parte del programa que dispone las operaciones que controlan la aplicación, en forma secuencial en cada ciclo de la CPU; las subrutinas, estos elementos opcionales del programa se ejecutan sólo cuando se llaman desde el programa principal; y las rutinas de interrupción, son elementos opcionales del programa se ejecutan cada vez que presente el correspondiente evento de interrupción.
En la figura
17, se muestra un programa a base de texto estructurado.
Figura 17. Ejemplo de un programa a base de programación de texto estructurado ******************************************************************************************* Relay Borrad Demo - for BL1100 ******************************************************************************************* #define ON 1 #define OFF 0 main (){
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int board,relay,found,list[64]; //always do this, first thing Reset_PBus(); //pause ~lsec for reset Stall(3000); //Locate relay boards. Build list //and print board IDs found=0; prinft(“\nLogical relay addresses found: “); for(board=0; board<64;board++){ if(Poll_PBus_Node(Relay_Board_Addr(board)) ){ list [found++] = board; if( found%10 == 0) printf (“\n”); }
// Activate relays on each board // found
}
while( 1 ) { // loop forever for( borrad=0; borrad
for(relay=0; relay<8; relay++ ) { Set_PBus_relay(list[board],relay,ON); }
Stall(2000); for( relay=0; relay<8; relay++ ) { Set_PBus_Relay(list[board],relay,OFF);//all } } } }
Fuente: ZWord. User’s Manual. Pág. 3-8.
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//all
2.4.4. Diagrama de contactos
El diagrama de contactos ( Ladder Diagram LD, por sus siglas en inglés) es un lenguaje que utiliza un juego estandarizado de símbolos de programación. En el estándar IEC los símbolos han sido racionalizados (se ha reducido su número). Es el más conocido en el área de influencia norteamericana, ya que invariablemente todos los PLC de fabricación americana o japonesa permiten su programación en este lenguaje; ya sea para emplear los mismos diagramas de control alambrado existentes en las máquinas que se reconvierten o, ya sea para capacitar fácilmente al personal de mantenimiento en el manejo y arreglo de estos aparatos. Los elementos principales representados en la figura 18, son contactos, bobinas, cuadros y segmentos.
Un contacto representa un interruptor por el
que circula corriente cuando está cerrado, pueden ser entradas digitales, salidas digitales y marcas, también llamadas banderas o memorias internas. La bobina representa un relé que se excita cuando se le aplica tensión. Es el resultado de la operación y enciende cuando las condiciones precedentes se cumplen, o en términos eléctricos, existe un camino de contactos en serie cerrados. Existen dos tipos de bobinas, retentiva y no retentiva. Un cuadro representa una función que se ejecuta cuando la corriente circula por él. Pueden ser temporizadores, contadores. Y los segmentos son electos que constituyen un circuito completo. La corriente circula desde la barra de alimentación izquierda pasando por los contactos cerrados para excitar las bobinas o cuadros.
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Figura 18. Elementos básicos de programación con diagrama de contactos
50
2.4.5. Diagrama de funciones El diagrama de funciones (Function Block Diagram o FBD, por sus siglas en inglés) es un lenguaje gráfico que permite programar elementos que aparecen como bloques para ser cableados entre si de forma análoga al esquema de un circuito. FBD es adecuado para muchas aplicaciones que involucren el flujo de información o datos entre componentes de control. Es el tipo más poderoso de los lenguajes de programación en cualquier marca de aparato, ya que es lo más cercano al lenguaje máquina y, puede hacer uso de particularidades de los mismos microprocesadores, y con ello hacer más rápido un programa o, más compacto. Los bloques de funciones (FB's) son bloques estándar que ejecutan algoritmos. Utiliza operadores lógicos para la realización del programa: AND. OR, NOT y las instrucciones de salida de codificación nemónica.
Figura 19. Elementos básicos de diagrama de funciones
Fuente: Intenet.
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2.5 Hardware industrial
Existen PLC’s compactos y modulares. Los autómatas compactos se distinguen por presentar en un solo bloque todos sus elementos: fuente de alimentación, CPU, memorias, entradas/salidas, etc. Son autómatas de gama baja o nanoautómatas. Su potencia de proceso suele ser muy limitada, dedicándose a controlar máquinas muy pequeñas o cuadros de mando. Nos van a permitir programar hasta 48 E/S. Son potentes a nivel de programación y comunicación con equipos externos, sobre todo terminales de diálogo. Están pensados para aplicaciones pequeñas pero no olvidemos que disponen desde cálculos matemáticos básicos, hasta calendario real con la posibilidad de activar variables en función del tiempo, o sea durante un determinado espacio de tiempo, desde segundos hasta años. Además de la memoria de trabajo, RAM, disponen de otra memoria EEPROM o FLASHRAM la cual permite asegurar la salvaguarda del programa por tiempo ilimitado. Para la alimentación de sus entradas, ofrecen una tensión de 24 Vcc y unos 250 mA, para mayores consumos (detectores y fotocélulas principalmente) se implementa una fuente externa de mayor calibre. Casi todos disponen de la posibilidad de utilizar algunas de sus entradas como entradas rápidas y detectar impulsos desde 100us; o bien de utilizarlas como contadores rápidos hasta 10 kHz.
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Tienen también salidas especiales para generar impulsos para control de motores paso a paso o equipos que requieran impulsos alta frecuencia. Existen en el mercado nanoautómatas que disponen de un diálogo autómatico, entre ellos; es digno de reseñar las características de esta comunicación Inter autómatas integrada en el propio equipo; se conectan varios equipos con sólo 2 hilos y hasta 200 metros, ideal para intercambio de información en instalaciones o líneas más o menos lejanas entre ellas. La programación se realiza con software de programación o con consolas de programación. La característica principal de los autómatas modulares es que existe un módulo para cada uno de los diferentes elementos que lo componen, como puede ser una fuente de alimentación, CPU, E/S, tarjetas de expansión, etc. La sujeción de los mismos se hace por carril DIN, placa perforada o sobre el rack , en donde va alojado el bus externo de unión de los distintos móculos que lo componen. Son los autómatas de gama alta los que suelen tener una estructura modular que permita una flexibilidad en su constitución. A continuación enlistamos las características principales de un autómata: Memoria de 1K, unas 1000 instrucciones Reloj calendario 32 Temporizadores, 16 Des/Contadores, registros LIFO/FIFO, programadores cíclicos Control analógico externo Programación: lista de instrucciones, contactos, Grafcet
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Protección del programa (sin posibilidad de acceso) Conversión BCD a binario (reversible) Saltos de programa condicionados Además de operaciones matemáticas básicas, raiz cuadrada y exponente Entrada RUN/STOP, salida de seguridad o defecto Posibilidad de entrada o salida analógica Variables numéricas de 16 bits, constantes Información de sistema (bits y palabras sistema) La principal característica es el precio, cada vez más bajo
2.6. Medición de parámetros físicos En la actualidad, para medir cualquier variable física tenemos diversos tipos de sensores, con sus ventajas y desventajas. Éstos son tan diversos como los principios físicos en los que se basan. Los más comunes y conocidos son los de proximidad física y, con ellos comenzamos. En ciertas aplicaciones peligrosas, los microinterruptores que eran a prueba de explosión han sido reemplazados con gran éxito con los sensores electrónicos de seguridad intrínseca. Ya que por potencia disipada o por la corriente eléctrica que emplea, no pueden iniciar un incendio. Estos sensores pueden estar basados en algo simple como en la operación mecánica de un actuador o, tan complejo como en la operación de un sensor de proximidad fotoeléctrico con discriminación de color.
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2.6.1 Microinterruptores Los microinterruptores son de muy diversas formas, pero todos se basan en la operación por medio de un actuador mecánico. Éste actuador mecánico mueve a su vez una lengüeta metálica en donde están colocados los contactos eléctricos, y los abre o cierra de acuerdo con la disposición física de estos contactos. Desde el punto de vista eléctrico, son extremadamente simples, ya que consisten en uno o varios juegos de contactos con cierta capacidad de conducción a cierto voltaje. Estos contactos pueden ser de apertura instantánea o lenta, y de contactos de operación traslapada o de abre y cierra.
2.6.2 Sensores inductivos Tanto estos sensores como los de efecto capacitivo y ultrasónico presentan la ventaja de conmutación sin desgaste y de gran longevidad, libre de rebotes y sin errores de impulsos, libres de mantenimiento, de precisión electrónica y soporta ambientes hostiles. Los sensores inductivos consisten en una bobina cuya frecuencia de oscilación cambia al ser aproximado un objeto metálico a su superficie axial. Esta frecuencia es empleada en un circuito electrónico para conectar o desconectar un tiristor y con ello, lo que esté conectado al mismo, de forma digital (on-off ) o, analógicamente. Si el objeto metálico se aparta de la bobina, la oscilación vuelve a empezar y el mecanismo recupera su estado original. Estos sensores pueden ser de construcción metálica para su mayor protección o, de caja de plástico. Y pueden tener formas anular, de tornillo, cuadrada, tamaño interruptor de límite, etc.
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Además, por su funcionamiento pueden ser del tipo empotrable al ras en acero o, del tipo no empotrable. Los del tipo no empotrable se caracterizan por su mayor alcance de detección, de aproximadamente el doble. La técnica actual permite tener un alcance de hasta unos 100 mm en acero. El alcance real debe tomarse en cuenta, cuando se emplea el mismo sensor en otros materiales.
Ejemplo: para el acero inoxidable debe considerarse un 80% de
factor de corrección, para el aluminio un 30 % y para el cobre un 25%. Ciertos marcas fabrican estos sensores en dos partes, una parte es el sensor propiamente dicho y el otro es el amplificador de la señal de frecuencia mencionada arriba, con el fin de usarlos en zonas peligrosas. A estos sensores se les conoce como de seguridad intrínseca. Eléctricamente se especifican por el voltaje al que trabajan (20-40 V C.D., 90-130 V C.A., etc.) y por el tipo de circuito en el que trabajan (dos hilos, PNP, NPN, 4 hilos, etc.). Generalmente, los tipos en corriente directa son más rápidos que los de corriente alterna.
2.6.3. Sensores capacitivos Existen muchas aplicaciones que requieren el sensar a distancia materiales no metálicos y, para ello se emplea este tipo de sensor que usa el efecto capacitivo a tierra de los objetos a sensar. Ejemplos: presencia de agua en un tubo o el cereal dentro de una caja de cartón. El elemento funcional primario del sensor capacitivo de proximidad es un oscilador de alta frecuencia con un electrodo flotante en el circuito de base de un transistor. En el estado de inactividad hay un campo ruidoso en la región de base, que representa el área activa del sensor de proximidad.
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Cuando un objeto aparece dentro del área activa, empiezan las oscilaciones. La etapa de conmutación rectifica las oscilaciones de alta frecuencia y la señal continua resultante se aplica a la etapa de salida. La etapa de conmutación incluye un sistema de señal de retroalimentación, el nivel del cual puede ajustarse en algunos modelos, a través de un potenciómetro; esto capacita el sensor de proximidad de variar su sensibilidad de respuesta. Principalmente se emplean para líquidos y sólidos no metálicos y, externamente son muy parecidos a los sensores inductivos. Tanto los sensores inductivos como los capacitivos tienen una distancia máxima de accionamiento, que depende en gran medida del área de la cabeza sensora (bobina o electrodo), por ello a mayor diámetro, mayor distancia máxima. Además, la distancia desensado siempre se especifica para agua en estado líquido pero, para otros materiales es diferente. Para el vidrio se tiene que considerar un factor de corrección del 65%, mientras que para el agua congelada del 30%. Además de los voltajes y circuitos mencionados en los inductivos, existe también en los sensores capacitivos un tipo con salida analógica (4-20 mA).
2.6.4. Sensores de reluctancia variable Existen ciertos casos donde las condiciones físicas de operación requieren un sensor a prueba de casi todo. La solución acostumbrada son los sensores de reluctancia variable funcionan de la siguiente manera: el campo de un imán permanente es deformado al paso de un objeto de alta reluctancia, como los dientes de un engrane metálico; este cambio en el campo induce un voltaje en una bobina colocada rodeando al imán.
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La magnitud de este voltaje depende de la velocidad con la que el diente en nuestro ejemplo pasa frente al campo magnético y, cuando es suficientemente grande (4500 mm/seg), puede ser empleado en contadores o indicadores de velocidad directamente.
En nuestro medio usualmente se
conocen estos sensores como de Pick Up magnético. Y, tienen forma de cilindro metálico, a manera de un tornillo.
2.6.5. Sensores fotoeléctricos Estos sensores son muy usados en algunas industrias para contar piezas, detectar colores, etc., ya que reemplazan una palanca mecánica por un rayo de luz que puede ser usado en distancias de menos de 20 mm hasta de varias centenas de metros, de acuerdo con los lentes ópticos empleados. Funcionan con una fuente de luz que va desde el tipo incandescente de los controles de elevadores a la de estado sólido modulada (LED) de los detectores de colores. Y operan al detectar un cambio en la luz recibida por el foto detector. Los fotodetectores son típicamente fotodiodos o fototransistores, inclinándose los fabricantes por los primeros por su insensibilidad a campos de radiofrecuencia, que podrían causar interferencia. Algunos modelos de estos sensores son fabricados con inmunidad a la luz solar incidente o reflejada. Para ello emplean haces de luz modulada que únicamente pueden ser detectados por receptores sintonizados a la frecuencia de modulación. Los diferentes tipos de sensores se agrupan por el tipo de detección:
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•
•
•
•
•
•
Sensores de transmisión directa. Cuando existe un receptor y un emisor apuntados uno al otro. Tiene este método el más alto rango de detección (hasta unos 60 m). Sensores reflex . Cuando la luz es reflejada por un reflector especial cuya particularidad es que devuelve la luz en el mismo ángulo que la recibe (9 m de alcance). Sensores reflex polarizados. Son prácticamente iguales a los del tipo anterior, excepto que, el emisor tiene un lente que polariza la luz en un sentido y el receptor otro que la recibe mediante un lente con polarización a 90 ° del primero. Con esto, el control no responde a objetos muy brillosos que pueden reflejar la señal emitida (5m de alcance). Sensores de foco fijo. Cuando la luz es reflejada ifusamente por el objeto y es detectado por el hecho de que el transmisor y el receptor están estereoscópicamente acoplados, evitando con ello interferencia del fondo (3.5 m de alcance). Sensores de detección difusa. Iguales a los anteriores pero los lentes son divergentes, y se usan para detectar objetos muy próximos (1.5 m de alcance). Sensores de fibra óptica. En este tipo, el emisor y receptor están interconstruídos en una caja que puede estar a varios metros del objeto a sensar. Para la detección emplean los cables de fibra óptica por donde circulan los haces de luz emitido y recibido. La mayor ventaja de estos sensores es el pequeño volumen o espacio ocupado en el área de detección.
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2.6.6. Neumáticos de proximidad Algunas veces por su simpleza olvidamos que existen sensores que detectan la presencia o la falta de una presión neumática, y que se han usado por años en las industrias papeleras para controlar que el enrollado del papel sea parejo. Estos sensores son extremadamente confiables y requieren muy poco mantenimiento.
2.6.7. Sensores ultrasónicos Son empleados en las industrias químicas como sensores de nivel por su mayor exactitud en presencia de burbujas en los reactores. Funcionan al igual que el sistema de sonar usado por los submarinos. Emiten un pulso ultrasónico contra el objeto a sensar y, al detectar el pulso reflejado, se para un contador de tiempo que inició su conteo al emitir el pulso. Este tiempo es referido a distancia y de acuerdo con los parámetros elegidos de respuesta ( set point ) con ello manda una señal eléctrica digital o analógica. La técnica actual permite la fabricación de estos sensores con un rango de detección desde 100 mm hasta unos 6000 mm con una exactitud de 0.05%. Estos sensores son empleados con gran éxito sobre otros tipos de sensores para detectar objetos a cierta distancia que son transparentes o extremadamente brillosos y no metálicos. Los detectores de ultrasonidos resuelven los problemas de detección de objetos de prácticamente cualquier material. Trabajan en ambientes secos y pulverulentos. Normalmente se usan para control de presencia/ausencia, distancia o rastreo.
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2.6.8. Sensores magnéticos De los sensores magnéticos tenemos los siguientes tipos: los mecánicos o tipo reed , los de tipo electrónico o de efecto Hall y, los transformadores lineales variables (LVDT).Los sensores de tipo reed tienen gran difusión al emplearse en muy bajos voltajes, con lo que sirven de indicador de posición a PLC’s y, además, por emplearse como indicador de posición de los cilindros neumáticos de émbolo magnético de las marcas que tienen mayor difusión. Los sensores de efecto Hall, son semiconductores y por su costo no están muy difundidos pero en codificadores ( encoders ) de servomecanismos se emplean mucho. Los transformadores lineales variables (LVDT) proporcionan una lectura de posición, usando la inductancia mutua entre dos embobinados. Un núcleo magnético móvil acopla el voltaje de excitación en corriente alterna a los dos secundarios. La fase y la amplitud del voltaje del secundario varía de acuerdo con la posición del núcleo. Cuando el núcleo está en medio de los embobinados, los voltajes de ambos están 180 grados desfasados y son de igual magnitud, por lo que el voltaje neto es cero. Cuando el núcleo se mueve hacia la escala positiva, la señal en fase con la onda de entrada crece y viceversa cuando el núcleo se mueve hacia la escala negativa.
2.6.9. Encoders Un tipo especial de sensor de proximidad es el encoder o codificador, ya que con él se puede obtener la distancia exacta de proximidad.
Para la
medición angular se utiliza un disco codificado montado en un eje. La transformación de la codificación mecánica en una señal eléctrica proporcional
61
se consigue por la posición del disco utilizando sensores electromagnéticos (tipo Inductivos), inductivos o acopladores ópticos. En el caso de posicionado inductivo, el código del disco tiene la forma de segmentos de cobre en serie. Con este método, el transductor consiste en un sensor tipo herradura, cuyo consumo eléctrico varía de acuerdo con el grado de interferencia de su campo magnético. Esta señal es empleada a continuación por el equipo de control. El posicionamiento óptico de un disco segmentado es el método más usual, donde la codificación consiste en sectores transparentes y opacos. Cuando el disco gira, el recorrido de la luz al sensor óptico se abre y se bloquea alternativamente, produciendo así una salida digital en proporción con el movimiento y la posición. Existen dos tipos de encoders:
•
Encoders incrementales
Los encoders incrementales suministran un número específico de impulsos por cada revolución completa del eje. Esta cuenta de impulsos está determinada por el número de divisiones o segmentos del disco de codificación. Ej. El disco de codificación consta de 360 segmentos, por lo tanto por revolución del eje, se obtendrán 360 impulsos. Es decir, un impulso por grado angular. Hay disponibles tres versiones del generador de impulsos rotativo: canal simple, doble y triple. El tipo de canal simple (señal A) es empleado donde el sentido del movimiento no cambia, ni se tienen vibraciones. En el caso contrario, son mejores los de doble canal (señales A y B), también llamados de señales en cuadratura porque una señal está defasada en 90 grados de la otra, lo cual sirve para detectar el sentido del giro. El tercer canal (señal Z) es una señal de posición que aparece una vez por revolución, y es empleado para 62
regresar a ceros contadores en sistemas controlados digitalmente (CNC, PLCs, etc.). Los problemas más frecuentes con los codificadores son causados por un pobre blindaje del conductor o, por la distancia tan larga y la frecuencia tan alta con la que trabaja el aparato. Un buen cable aterrizado únicamente en el contador y, un codificador de señales complementarias (A, noA, B, noB y Z) resuelven en su mayor parte estos problemas.
•
Encoders absolutos
A diferencia de los encoders incrementales, los del tipo absoluto proporcionan una combinación única de señales para cada posición física. Esto resulta una ventaja importante, ya que no es necesario un contador para la determinación de la posición.
La combinación de señales se establece
mediante un patrón de código de sectores transparentes y opacos en varias pistas de un disco rotativo. El número de pistas de código disponibles determina la resolución máxima del codificador en la totalidad de los 360 grados. En el caso de las pistas codificadas en binario, la resolución máxima es de 2^n siendo n el número de pistas. Por consiguiente, para 10 pistas, pistas, la resolución es de 2^10 = 1024.Una característica importante de la lectura de modo paralelo es que la posición real se registra inmediatamente cuando se conecta inicialmentela alimentación eléctrica, o después de un cambio de posición sin potencia aplicada o si se excede del número de revoluciones por minuto permitidas electrónicamente (desventajas del tipo incremental).
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El código de Gray es el sistema de codificación más usado. Este método de codificación tiene la ventaja de producir un cambio de código de un sólo dígito binario en el desplazamiento de una posición a la siguiente. Aunque se ha mencionado únicamente el funcionamiento de los encoders rotativos, los lineales trabajan de la misma manera.
2.6.10 Sensores de presión
Los sensores de presión sofisticados funcionan a base de celdas de carga y de sus respectivos amplificadores electrónicos, y se basan en el conocido puente de Wheatstone, donde una de sus piernas está ocupada por el sensor. Este sensor es básicamente una resistencia variable en un sustrato que puede ser deformado, y lo cual ocasiona el cambio en el valor de la mencionada resistencia.
Los sensores comunes de presión son interruptores eléctricos
movidos por una membrana o un tubo Bourdón. El tubo Bourdón se abre hacia afuera con el aumento de presión y este movimiento es transmitido a un interruptor, el cual es accionado cuando la posición del tubo corresponde con un ajuste preseleccionado. En el caso de los interruptores de presión por diafragma, la fuerza provocada por la presión sensada actúa sobre un resorte, el cual al ser vencido actúa sobre un microinterruptor. Es obvio que el resorte determina el rango de presión de operación.
64
2.6.11. Sensores de nivel Los sensores de nivel en su mayoría trabajan indirectamente sensando la posición de un flotador mediante un sensor inductivo o un interruptor del tipo de canilla (reed ) y un imán permanente.
2.6.12. Sensores de temperatura Los sensores de temperatura más sencillos son los que actúan sobre un interruptor miniatura y en general, éstos son de dos tipos: sistemas de dilatación de un fluido y bimetálicos. Los primeros actúan al dilatarse el líquido o el gas contenido dentro de un capilar y, los segundos actúan directamente el interruptor mediante el efecto de diferencia de dilataciones de tiras de dos metales diferentes.
2.6.13. Termopares Los termopares están hechos de dos alambres de metales diferentes unidos precisamente en el punto de medición, conocido como unión caliente. Un pequeño voltaje llamado Seebeck, en honor a su descubridor, aparece entre los dos alambres en función de la temperatura de esa unión y, ese voltaje es la señal que actúa sobre el controlador de temperatura. Los termopares son en general de los sensores los más baratos y los más robustos, aunque para evitar errores de materiales disímiles, los cables de extensión deben ser del mismo material del termopar. Existen termopares apropiados para diferentes rangos de temperatura y diferentes ambientes industriales. Ejemplos:
65
Tabla III. Tipos de termopares con sus aleaciones y rango de operación TIPO J K E T R
ALEACIONES Hierro/Constantan Chromel/Alumel Chromel/Constatan Cobre/Constantan Platino 13%/Rodio Platino
RANGO (°C) 0 a 760 0 1 1260 .-184 a 871 .-184 a 371 0 a 1482
2.6.14. RTD Los RTDs son principalmente hechos de alambre de platino enrollado en una base cerámica cubiertos de vidrio o de material cerámico. Además pueden encontrarse como película en un sustrato. Con la temperatura el platino cambia de resistencia y, con un circuito similar al conocido Puente de Wheatston este cambio puede ser utilizado en un indicador o controlador de temperatura. Este tipo de sensor se fabrica también de níquel en lugar de platino pero son más usuales los de este último material, en sus variantes de norma alemana o japonesa. Es sencilla la conexión de estos elementos y su prueba, ya que a 0° C, la resistencia del RTD de Platino es de 100 ohms y varía a razón de 0.385 ohms por grado Celsius.
2.6.15. Termistores
Están fabricados de un material semiconductor que cambia su resistencia eléctrica en un pequeño rango de temperatura. Tienen un coeficiente térmico negativo de valor muy elevado, se encuentran en el mercado con la 66
denominación NTC (Negative Temperature Coeficient) habiendo casos especiales de coeficiente positivo cuando su resistencia aumenta con la temperatura y se los denomina PTC (Positive Temperature Coeficient). En algunos casos, la resistencia a la temperatura ambiente puede disminuir hasta 6% por cada 1 °C de aumento de temperatura. Esta elevada sensibilidad a variaciones de temperatura hace que resulte muy adecuado para mediciones
precisas
de
temperatura,
utilizándose
ampliamente
para
aplicaciones de control y compensación en el rango de 150 °C a 450°C. Sirven para medición de temperatura tanto en gases, como en líquidos o sólidos. A causa de su muy pequeño tamaño, se los encuentra normalmente montados
en
sondas
o
alojamientos
especiales
que
pueden
ser
específicamente diseñados para posicionarlos y protegerlos adecuadamente cualquiera sea el medio donde tengan que trabajar. En las aplicaciones de medición y control de temperatura, se usa, como uno de los brazos de un puente Wheatstone. Este circuito suministra una máxima sensibilidad. Para aumentar los niveles de salida del puente, se puede insertar un amplificador entre la salida del puente y el instrumento indicador o dispositivo de control.
2.6.16. Sensores de flujo Los sensores de flujo más usuales comprenden de una pequeña turbina que gira dentro del fluido a sensar, y, de un sensor del tipo inductivo que sensa el número de revoluciones de los alabes de la turbina, o, en otro tipo, la señal es tomada de un taco generador acoplado directamente a la turbina.
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También los hay del tipo de estado sólido, los cuales tienen en la cabeza sensora dos resistencias calibradas. Con una de ellas se calienta un poco el fluido que rodea la cabeza y con el otro se sensa la temperatura del fluido. Comparando la temperatura electrónicamente, la cual se ajusta manualmente, es posible detectar movimientos de fluidos muy lentos como los de lubricantes de baleros, o flujos muy rápidos como los de una bomba de agua.
2.7 Adquisición de datos Hoy en día más y más compañías en la industria de la manufactura usan computadoras personales en sus plantas y laboratorios para probar sus productos, tomar mediciones y automatizar procesos.
Al crear sistemas
basados en una PC, los usuarios están aprovechando las ventajas de las tecnologías de la computación más recientes como tarjetas de adquisición de datos insertables, almacenamiento de datos a disco duro, e Internet. A medida que ingenieros y científicos adoptan la computadora para resolver un mayor numero de aplicaciones, estas se han vuelto más exigentes, tal es el caso de los sistemas en tiempo real. Si bien es cierto que un sistema de adquisición de datos y control en tiempo real no es fácil de lograr con una computadora personal, lo ideal sería contar con las mismas ventajas que ofrece una PC (interfaz gráfica, sistemas abiertos, conectividad, bajo costo) y habilidad de crear aplicaciones lo suficientemente confiables para desempeñar el control de un sistema crítico. El término tiempo real duro comúnmente se utiliza para definir a un sistema que debe ejecutarse sin falla y cumplir con los requerimientos de tiempo real en todo momento. Un error común es pensar que tiempo real
68
significa en realidad; cuando de hecho muchas aplicaciones de adquisición de datos y control tienen ciclos muy lentos. Los controladores de temperatura, por ejemplo, comúnmente muestrean y controlan la temperatura un par de veces por segundo. Así que para que el controlador de temperatura sea estable, debe ejecutar los lazos de control en el orden de un par por segundo. Es el grado de inseguridad con cada tiempo de ciclo de lazo de control el que define los requerimientos de tiempo real de un sistema. La tecnología para desarrollar sistemas de tiempo real aún representa retos. En sistemas operativos de tiempo real las interrupciones y eventos son jerarquizados y los eventos con mayor prioridad se ejecutan antes que los eventos de prioridad menor. En los drivers o manejadores de dispositivos responden a interrupciones; aunque la tecnología multihilo ha incrementado la confiabilidad y manejo de interrupciones, aún hay situaciones cuando drives no tienen prioridad sobre otros eventos menos críticos. Puesto que no se puede garantizar que no puede volver aun evento siempre dentro de un mismo tiempo a esto se le llama determinístico o no determinístico. Para resolver la respuesta no determinística,
muchos lazos de control se desarrollan en hardware
especializado. Algunos controladores son fijos o tiene poca flexibilidad de progr amación, otros usan sistemas creados y patentados.
Aprender nuevos sistemas
operativos, software propietario y hardware especializado toma tiempo y muchas veces es difícil la integración a sistemas que no son de tiempo real. Para crear fácilmente aplicaciones de adquisición de datos y control en tiempo real, los usuarios desarrollan su aplicación usando el software y posteriormente bajan el código para que se ejecute en el procesador de la tarjeta inteligente de adquisición de datos de la serie. De esta manera los
69
usuarios pueden confiar en que procesador independiente se enfocaran a ejecutar el tiempo real duro mientras que la PC maneja la interfaz de usuario, el almacenamiento de datos y cualquier otra funcionalidad que no sea crítica.
70
3. AUTOMATIZACIÓN
3.1.
¿Por qué automatizar?
Porque las empresas deben prepararse para el futuro o serán cosa del pasado. Para quien no esté de acuerdo, llegó la era de la informática digital, ahora pensamos en horas, en minutos.
El aumento de competitividad, la
globalización de economía e informática son cambios drásticos para Guatemala.
Y nos hacemos parte, queriendo o no de este contexto mundial.
Hay empresas que están investigando incansablemente la automatización de tarifas para la reducción de costos de ventas o producción.
La automatización de instalaciones a base de elementos eléctricos está fundamentada en el control y ejecución de acciones de forma automática, sin la intervención del operador o con el mínimo de intervención. Con ello se logra agilizar los procesos, una mayor eficiencia y con ello bajan los costos de operación y al mismo tiempo se tiene confianza en la continuidad del servicio. Aparte de ello se tiene un fácil manejo y mantenimiento en el equipo de operación, y una reducción de espacios en el equipo de control.
La automatización puede ser tan completa con un sistema SCADA, (Supervisory Control And Data Adquisition , por sus siglas en inglés), que está especialmente diseñada para funcionar sobre ordenadores en el control de 71
producción, proporcionando comunicación con los dispositivos de campo (controladores autónomos, autómatas programables, etc.) y controlando el proceso de forma automática desde la pantalla del ordenador. Además, provee de toda la información que se genera en el proceso productivo a diversos usuarios, tanto del mismo nivel como de otros supervisores dentro de la empresa: control de calidad, supervisión, mantenimiento, etc. En este tipo de sistemas usualmente existe un ordenador, que efectúa tareas de supervisión y gestión de alarmas, así como tratamiento de datos y control de procesos. O tan sencilla con elementos de telemando, y lógica cableada.
3.2.
Costos de la automatización El costo de la automatización depende de la máquina industrial a trabajar
y de lo que se requiere lograr con la automatización.
Los sistemas de
automatización van desde controles con contactores a base de lógica cableada, pasando por PLC’s hasta legar a sistemas SCADA. Para máquinas pequeñas, por ejemplo las estampadoras de envases de alcohol, que realizan únicamente cuatro movimientos (4 salidas), el costo podría hacerse muy alto, debido a las pocas variables que se deben controlar y a la simplicidad del proceso. Mientras los PLC’s nanoautómatas vienen dispuestos con un promedio de 7 entras y 7 salidas, (dependiendo de la casa fabricante). Esto ocasiona un aumento de costos considerable
comparado con una
máquina de siete variables de control. En el mercado existen una gama muy amplia de autómatas programables, por lo que estas se elegirán atendiendo a:
72
a)
Necesidades a cubrir en función al volumen de la instalación.
b)
Prestaciones del autómata.
c)
Precio y calidad del producto.
d)
Marca del producto.
e)
Proximidad del proveedor.
f)
Asistencia técnica.
3.3. Tiempo requerido de la automatización Para determinar el tiempo requerido, los pasos a seguir y el costo de un proyecto de automatización se debe estudiar detenidamente el proceso que realiza la máquina industrial.
Generalmente se tendrán los mismos
procedimientos para la automatización pero dependerá de la complejidad del proceso, el nivel de automatismo y del tamaño de la maquinaria el tiempo para realizar el proyecto. Para una MMI se tiene el siguiente procedimiento en la realización del proyecto que va desde desmontar los controles viejos hasta la instalación del nuevo control (PLC), y la puesta en marcha de la maquinaria. Sistema de integración completa.
a)
b)
Definir correctamente el programa apropiado para la instalación. •
Estudiar el esquema hidráulico y elegir el programa correcto para la máquina.
•
Estudiar el esquema eléctrico y elegir la alimentación de los solenoides.
•
Elegir las tarjetas que pueden ser usadas en el nuevo control.
•
Preparar nuevos esquemas. 73
c)
d)
e)
Eliminar viejo control •
Desconectar todo el cableado del control viejo.
•
Remover físicamente el viejo control.
•
Ordenar todo el cableado viejo suelto en el panel de control viejo.
•
Remover todos los micros switches que ya no se usarán.
•
Remover todos las botoneras del panel de control.
•
Recablear calefacción independientemente.
•
Remover todo el cableado viejo.
Identificación del sistema. •
Identificar todas las válvulas
•
Identificar los micros switches que pueden ser usadas.
•
Identificar los dispositivos para sensores.
Sistema de cableado. •
Cablear de uno en uno todos los solenoides para el nuevo control.
•
Cablear todos los solenoides con su cable común hasta el boque hidráulico.
f)
•
Cablear los micro switches para el control.
•
Cablear los sensores hasta el control.
•
Identificar todos los cables de acuerdo a los diagramas.
•
Cablear las bobinas de los relés para el control.
•
Cablear las temperaturas pos separado.
Instalar el nuevo control. •
Instalar el nuevo control
•
Cablear el campo del nuevo control.
74
Probar el nuevo control.
g) •
Motor encendido – apagado
•
Calibración hidráulica
•
Ajustes eléctricos
•
Movimientos eléctricos
•
Abrir y cerrar en semi automático.
•
Ciclo completo en semiautomático
Lanzar nuevo sistema.
h)
•
Máquina en ciclo automático.
•
Preparar reunión con el cliente.
•
Cerrar el proyecto.
Aplicando tiempo y costos para la automatización de una MMI se tiene la tabla IV, considerando tiempo optimista, tiempo bueno y tiempo pesimista.
Tabla IV. Tiempo y costo de la automatización EVENTO ACTIVIDAD 1 para 2 1 para 3 3 para 4 2 para 4 4 para 5 4 para 6 5 para 7 6 para 7 7 para 8
a b c d e f g h I
Longitud del proyecto:
3.4.
TIEMPO TIEMPO TIEMPO OPTIMISTA PESIMISTA DIAS BUENO DIAS DIAS 1 1.5 2 1 1.5 2 1 1.75 2.5 2.5 1 2
3.5 1.5 3.5
4 2 4.5
1
1.75
2
13.45 Días
Costo Total:
Ventajas y desventajas de la automatización 75
TIEMPO PROMEDIO DIAS 1.5 1.5 1.75 0 3.333333333 1.5 3.333333333 0 1.583333333
COSTO DIRECTO $$ 216 90 105 252 136.66 60 410 205 373.33 1338
La utilización de autómatas programables supone una serie de ventajas y desventajas algunas de las cuales se enumeran a continuación. a. Mayor nivel de automatismo, control y simplicidad en los procesos en los que interviene. b. Facilidad a los operarios de las máquinas las operaciones de maniobra. c. Mejorar el control del proceso. d. Permite introducir cambios rápidos en las maniobras y procesos que controla. e. Controla y protege los aparatos eléctricos. f. Ayuda con mensajes al control de las averías. g. Ayuda al mantenimiento. h. Puede estar unido a ordenadores que controlen los procesos. i. Tener salidas de información a impresoras y pantallas de TV. j. Reducir el volumen de los automatismos. k. Aumentar el grado de seguridad de las instalaciones que controla. l. Obtener mayor productibilidad de las máquinas o instalaciones. m. Otras muchas prestaciones que hacen que el autómata programable se esté generalizando a todos los niveles y aplicaciones. Entre las desventajas que presentan los autómatas mencionamos: a. Falta de un programador (equipo y personal calificado) b. Alto costo en caso de procesos muy sencillos. c. Se requiere de un diagrama de procesos, el cual involucra agentes multidisciplinarios (mecánicos, eléctricos, neumáticos, etc), para el diseño de entradas y salidas.
76
4 AUTOMATIZACIÓN DE UNA INYECTORA DE PLÁSTICO, 400TD
4.1 Pasos para la automatización de una inyectora de plástico
En los capítulos anteriores se estudió los componentes de las MMI, desde su ciclo completo, materia prima, temperatura de derretido, hasta sus componentes mecánicos y accionamientos como son las bombas hidráulicas, electro válvulas, presiones de trabajo, etc. Sobre los autómatas programables hablamos desde su estructura, software, hardware, hasta ventajas y desventajas que nos trae automatizar.
En este capítulo se hace una
automatización aplicándola a una máquina inyectora de plástico, y se proponen los siguientes pasos a seguir.
4.1.1. Conocer el proceso de trabajo de la inyectora de plástico El proceso comienza cuando la máquina está lista para trabajar; el molde está sujetado a las platinas móvil y fija, la tolva tiene material y el cañón se encuentra a temperatura de derretido. Al cerrar la puerta se da una señal de inicio del ciclo,
haciendo que la platina móvil del molde avance a alta
velocidad y alta presión. Antes de que se toquen las caras del molde se acciona la protección, haciendo el cierre a baja velocidad y baja presión.
77
El cañón previamente cargado con material hace una presión contra el bebedero del molde, asegurando una buena inyección y evitando desperdicios. Se inicia la inyección rápida con el objetivo de llenar la cavidad del molde. La inyección lenta termina de llenar la cavidad del molde y el tiempo de sostenimiento se encarga de presionar la parte y evitar su deformación, esta presión se hace hasta que se enfríe la colada de la parte. El tornillo empieza a girar haciendo que el material fluya hacia delante preparando la siguiente dosificación. Al terminar la carga el molde se abre, en este momento los botadores expulsan la parte congelada, y el operador de la máquina abre la puerta terminando así el ciclo de trabajo. Para empezar un nuevo ciclo es necesario que se cierre la puerta, tal como se explicó en la sección 1.2. Ahora que se conoce el ciclo de trabajo se necesita conocerlo paso a paso, de tal manera que ayude a realizar el software de programación, por ejemplo como si fuera un ciclo manual completo:
A.
Cierre molde A.1 La máquina debe estar en semiautomático o automático. A.2 El molde debe estar abierto totalmente. A.3 La puerta debe estar abierta (LS-1) luego cerrarse. A.4 La válvula de cerrar molde es activada. A.5 El molde pasa por el interruptor de límite estático programable del molde LS-2. A.6 La válvula de baja presión de molde es activada. A.7 El molde pasa por el interruptor de límite estático programable molde LS-3. 78
del
A.8 La baja presión de molde es desactivada. A.9 La alta presión es activada A.10 El molde pasa por el interruptor de límite estático programable del molde LS-4. A.11 La válvula de alta presión es desactivada. A.12 La válvula de baja velocidad es activada A.13 El subprograma de software de protección se activa. A.14 El molde cierra a baja velocidad y alta presión, este caso conocido como protección de molde. A.15 Las caras del molde se tocan. A.16 El molde pasa por el interruptor de límite estático programable del molde LS-5. A.17 El molde no pasa por el interruptor de límite estático programable del molde LS-3. A.18 Se activa la alarma de no cerro molde. A.19 La subrutina del software de protección se desactiva.
B. La inyección completa se activa. B.1 La válvula de inyección rápida se activa. B.2 El gusano pasa por el interruptor de límite estático programable del gusano LS-6. B.3 La segunda inyección se activa. B.4 El gusano pasa por el interruptor de límite estático programable del gusano LS-7. B.5 El gusano para. B.6 Se activa el tiempo de sostenimiento. B.7 Se desactiva el tiempo de sostenimiento.
79
C. La carga o plastificación se activa. C.1 La válvula de carga se activa. C.2 El gusano pasa por el interruptor de límite estático programable del gusano LS-8. C.3 La válvula de carga se desactiva. C.4 Se activa la válvula de chupón o descompresión. C.5 El gusano pasa por el interruptor de límite estático programable del gusano LS-9.
D. La apertura del molde se activa. D.1 El molde abre a alta velocidad. D.2 El molde pasa por el interruptor de límite estático programable del molde LS-10. D.3 El molde abra a alta velocidad. D.4 El molde pasa por el interruptor de límite estático programable del molde LS-11. D.5 El molde abre a baja velocidad. D.6 El molde pasa por el interruptor de límite estático programable del molde LS-12. D.7 El molde para, se encuentra totalmente abierto.
80
E. El expulsor se activa. E.1 El expulsor sale y expulsa la pieza. E.2 El expulsor pasa por el interruptor de límite estático programable del expulsor LS-13. E.3 El expulsor para. E.4 Se activa la válvula de retraer expulsor. E.5 El expulsor pasa por el interruptor de límite estático programable del expulsor LS-14. E.6 El expulsor se para.
F. Inicio de nuevo ciclo. F.1 Si está en modo automático el molde cerrará después de terminado el tiempo programado de tiempo entre ciclos. F.2 Si está en modo semiautomático el molde cerrará después de abrir y cerrar la puerta.
La MMI queda lista para el siguiente ciclo.
81
4.1.2 Determinar las variables de control de la inyectora de plástico Se estudió la secuencia del ciclo automático de la MMI, en donde se muestra cómo es que accionan las electro válvulas para dar paso al flujo hidráulico y actúan las diferentes presiones, velocidades y protecciones; para controlar las variables que son el molde, el gusano y el expulsor. Aunque la mayoría de MMI, tienen el mismo ciclo de trabajo,
tendrán
pequeñas variaciones de acuerdo al fabricante en cuanto el numero de electro válvulas y el tonelaje. Tomando como base una de 400TD, (400 toneladas), para nuestro propósito, la MMI 400TD modelo 75, tiene 9 electro válvulas, como se ve en la tabla V, definidas cada una como solenoide X, en donde la X describirá una letra destinada de acuerdo su función.
Tabla V. Electro válvulas de una MMI 400TD, con su respectiva identificación
Electro válvula Solenoide Abrir molde B Cerrar molde A Atrás tornillo H Inyectar G Baja presión E Alta presión P Tornillo/carga N Expulsor J Presión de inyección F
82
Adicionalmente a estas variables también tenemos que controlar la temperatura del material, por medio de tres zonas del cañón y una de la boquilla. En conclusión se tiene tres variables a medir por medio del autómata: el molde, el gusano y el expulsor; a través de las diferentes electro válvulas. Adicionalmente la temperatura de las diferentes áreas del cañón tiene un control independiente.
4.1.3 Diseño de mecanismos para la medición de variables La sección 4.1.2, habla de las variables de control de una MMI de 400 toneladas, el molde, el gusano y el expulsor.
Los movimientos de estas
variables los controlaremos por medio de una señal analógica, haciendo variar un potenciómetro que no genere carga ni sea cargado por la impedancia de entrada del circuito de medición.
Los valores entre 2 y 10 Kohm son
aceptables. Fuera de estos rangos dan error en la medición. Idealmente se usa un potenciómetro lineal, pero el costo es elevado y no se encuentra en el mercado local. Entonces se usa un potenciómetro circular con el objetivo de usar un engranaje que corra sobre una cremallera. Por ejemplo, si usamos un potenciómetro de 10 vueltas, usamos el 80% de su recorrido total con el objetivo de protegerlo en sus extremos. Con las medidas de avance máximo del molde, gusano y expulsor, se hace el cálculo del diámetro del engranaje.
Si tenemos 1 metro de avance
máximo para el molde y el gusano, usamos el 80% de las vueltas del potenciómetro, que equivale a 8 vueltas para el cálculo del diámetro del engranaje: 83
Perímetro del engranaje = 100 cm X 8 vueltas Perímetro del engranaje = 12.5 cm / vuelta Perímetro del engranaje = Diámetro
=
Diámetro =
π
* diámetro
Perímetro del engranaje / 12.5
/
π
π
Diámetro = 4 cms El expulsor tiene un avance más pequeño, por lo que puede usarse un potenciómetro de 1 vuelta, calculando el diámetro con el mismo procedimiento descrito y dejando un margen del 20% de protección, 10% de cada extremo.
4.1.4 Diseño de entradas y salidas del autómata Para controlar la posición del molde, gusano y expulsor necesitamos que el autómata cuente con tres entradas analógicas. A continuación se muestra en la tabla VI el ordenamiento de las entradas analógicas, y en la figura 20 se muestran los diagramas de conexión:
84
Tabla VI. Variables de entradas analógicas de una MMI 400 TD mod 75 ENTRADA ANALÓGICA ANA 1 ANA 2 ANA 3
VARIABLE MOLDE GUSANO EXPULSOR
Figura 20. Diagrama de conexión de entradas analógicas para una MMI
El inicio del ciclo se hace con una señal digital que da la puerta frontal, de aquí llevamos una entrada digital.
Esta entrada es necesaria para
un ciclo completo de la máquina. Para ello el autómata debe estar en modo semiautomático ó automático. Pero se necesitan cambiar los modos de manual, semi automático y automático, con lo cual necesitamos tres entradas más, llevando 4 entradas digitales.
85
Al estar en modo manual necesitamos hacer los movimientos por separado para programar velocidades, presiones y protecciones, con lo cual necesitamos cinco botones para cierre molde, abra molde, inyecte, cargue, atrás tornillo, expulsor y stop , haciendo un total de once entradas digitales, que se muestran en la tabla VII, y los diagramas respectivos se muestran en la figura 21.
Tabla VII. Se muestran las variables digitales con su respectiva entrada en el autómata
ENTRADA DIGITAL
VARIABLE
DIG 1 DIG 2 DIG 3 DIG 4 DIG 5 DIG 6 DIG 7 DIG 8 DIG 9 DIG 10 DIG 11
PUERTA MANUAL SEMI AUTOMÁTICO AUTOMÁTICO ABRA MOLDE CIERRE MOLDE INYECTE CARGUE ATRÁS TORNILLO EXPULSOR PARE
86
Figura 21. Diagrama de conexión de entradas digitales para una MMI
87
Los movimientos de la MMI son controlados por relés que normalmente vienen internos en el autómata, y su accionamiento depende de la órdenes que le de el programa principal. En la tabla VIII, se muestra las salidas del autómata controlando su respectivo solenoide. En la figura 22, se muestra los diagramas de conexión de las salidas digitales del autómata.
Tabla VIII. Salidas del autómata con variable y solenoide correspondiente
SALIDA DIGITAL
VARIABLE
SOLENOIDE
OUT 1 OUT 2 OUT 3 OUT 4 OUT 5 OUT 6 OUT 7 OUT 8 OUT 9 OUT 10
CERRAR MOLDE ABRIR MOLDE MOLDE BAJA PRESIÓN PRESIÓN DE INYECCIÓN INYECTAR ATRÁS TORNILLO EXPULSOR AFUERA CARGA ALTA PRESIÓN EXPULSOR RETRAIDO
A B E F G H J N P K
88
Figura 22. Diagrama de conexión de salidas digitales del autómata
89
4.1.5 Elección del hardware Elegir un autómata con exactamente tres entradas analógicas, once entradas digitales y nueve salidas digitales, es imposible, las casas fabricantes tienen estándares con los modelos de entradas y salidas, digitales y analógicas. Para ello nos adaptaremos a un modelo de autómata que cumpla las necesidades para el proyecto y además que cumpla con lo estudiado en la sección 3.2, refiriéndonos a precio y calidad del producto, marca del producto, proximidad del proveedor y asistencia técnica.
90
En la tabla IX, mostramos un resumen de las CPU’s de las posibles opciones que tenemos para nuestro proyecto
Tabla IX. Opciones de PLC’s para el proyecto de automatización de una MMI Función Tamaño físico Memoria Programa (EEPROM) Datos de usuario Marcas internas Cartucho de memoria Cartucho de pila opcional Respaldo (condensador de alto rendimiento) Entradas/salidas (E/S) E/S integradas Módulo de aplicación Imagen del proceso de E/S E/S analógicas (ampliación Filtros de entrada Operaciones Velocidad de ejecución booleana Contadores temporizadores Bucles FOR/NEXT Aritmética en coma fija Aritmética con coma flotante PID Funciones adicionales Contadores rápidos Potenciómetros analógicos Salidas de impulso Interrupciones de comunicación Interrupciones temporizadas
CPU A
CPU B
197 mm X 80 mm 218 mm X 80 mm X 62 mm X 62 mm 2 K palabras 2K palabras
4K palabras 2.5K palabras 256
256
Sí (EEPROM) 200 días (típ)
Sí (EEPROM) 200 días (típ)
190 horas (típ)
190 horas (tip)
14 DI / 10 DQ 7 módulos 64 DI / 64 DQ 16 AI / 16 DQ Si
14 DI / 10 DQ 7 módulos 64 DI / 64 DQ 16 AI / 16 DQ Si
0.8 µs/operación 128/128 Sí Sí Sí No
0.8 µs/operación 128/128 Sí Sí Sí Sí (EEPROM)
1 S/W, 2 H/W
1 S/W, 2 H/W 2 2
1 emisor/1 receptor
Entradas de interrupción de hardware
2 2 1 emisor 1 receptor
2
2
4
4
Reloj de tiempo real Comunicación Interfaces
Sí
Sí
1 (RS-485)
2 (RS-485)
Protocolos asistidos Punto a punto
PPI, Freeport Sí
PPI, Freeport, MPI Sí
91
Además, el listado de materiales para todo el proyecto. •
200
mts de cable THHN calibre 14 color rojo, para línea de electro
válvulas •
100
mts de cable THHN calibre 14 color blanco, para neutro de electro
válvulas •
100
mts de cable SAE calibre 16 color negro, para señal de digitales
salidas y entradas •
30
mts de cable blindado triaxial para señal analógica de entradas
•
4
borneras tipo dado para cable calibre 14, de 12 unidades cada
una, para alimentación, entradas y salidas, analógicas y digitales. •
9
botoneras
normalmente abiertas, color negro, de ½ plg de
diámetro. •
1
botonera normalmente abierta, color rojo, de ½ plg de diámetro
para stop. •
100
terminales tipo espátula para cable calibre 16.
•
100
terminales tipo pin para cable calibre 14.
•
30
tornillos completos M4, de 1 plg de largo
•
8
tornillos completos M4 de plástico de 1 plg de largo para el
autómata •
8
tornillos de 3/8, para sujetar el pánel
•
3
rollos de cinta de aislar
•
1
juego de terminales de identificación
•
2
metros de canaleta plástica de 1 X 1 plg
•
30
bases adhesivas
•
100
cinchos plásticos No. 6
•
2
potenciómetros de 10 K de 10 vueltas
•
1
potenciómetro de 10 K de 1 vuelta
92
•
2
engranajes de 4 centímetros de diámetro y 10 dientes de paso por
plg •
1
engranaje de 6 centímetros de diámetro y 10 dientes de paso por
plg •
2
metros de cremallera de 5 mm de ancho y 10 dientes de paso por
plg
4.1.6. Diseño del panel de control Una de las partes más importantes de la formación de quien va a trabajar en automatismos y paneles de control, está precisamente en la distribución de los elementos eléctricos en el cuadro o dispositivo que los contenga. Para ello se tienen los siguientes conocimientos: a) Conocimientos eléctricos básicos, como normas, simbología, formas de conexión, las formas de cálculo, la tecnología eléctrica, etc. b) Lectura e interpretación de planos eléctricos. c) Conocimiento de los aparatos que intervienen en el esquema, como tamaño y forma, formas de sujeción, características técnicas, calibrado y reglaje de los aparatos y conexiones de los aparatos. d) El conocimiento del esquema y los aparatos que forman parte de él, ayudarán a elegir la envolvente adecuada en todos sus dispositivos, tales como: materiales (PVC, inoxidable, chapa pintada, etc.).
Grado de
protección, volumen interno, formas de sujeción del pánel de control, forma de canalizar los conductores, forma del bornero.
93
e) Para
elegir correctamente
el equipo,
armarios,
conductores,
accionadores, etc., se conocerá previamente el lugar de instalación, tales como: altitud, temperatura ambiente, riesgo o no de explosión, humedad y riesgo de impactos. Como se estudió en la sección 2.5 el tamaño panel dependerá del tamaño de todos los dispositivos acondicionados de una forma que se pueda armar sin dificultad el autómata más un 30% de sobre dimensionamiento. Tomaremos una medida estándar de un autómata y dispositivos necesarios para el proyecto con las características que necesitamos. El panel de control lo haremos de una caja de metal para empotrar en la platina fija de molde con las siguientes dimensiones: 30 cm de ancho, 50 cm de alto y 20 cm de profundidad. La puerta tendrá una lámina de fondo paralela separada 4 cm y con 26 cm de ancho y 46 cm de altura. También usaremos una lámina con las mismas características que la anterior en el fondo de la caja, separada 2 cm. En los 10 agujeros están hechos para las botoneras de 10 entradas del autómata. Y los dos agujeros de ½ pulgada de diámetro los usaremos para start y stop general de la máquina. En la lámina paralela a la puerta está
diseñada para colocar el autómata, por conveniencia lo pondremos en la parte superior.
En la lámina paralela al fondo de la caja, colocaremos las tarjetas de
relés de control de válvulas, y borneras de alimentación, entradas y salidas del autómata.
94
4.1.7 Diseño del software Para el diseño del software de programación se hará referencia a la sección 4.1.1 en donde se describe paso a paso el ciclo de inyección de una MMI. Ahora usamos un grafcet de funcionamiento, figura 23. Este grafset nos puede ayudar a programar en cualquier otro tipo de programación, en este trabajo usamos la programación de texto estructurado. El programa en forma global está compuesto de nombre del programa, definición de variables,
subprogramas para modo automático, modo
semiautomático y modo manual.
95
Figura 22. Grafcet de funcionamiento para el ciclo de una MMI
96
Prog ra ma pa ra a utoma tiz tiza r una má quina quina d e mo ld eo p or inyec c ión 400TD # de fine fine AND && # define define OR || # d efine NOT ¡ # de fine fine ON 1 # d efine O FF 0 # u se VDRIVER VDRIVER.LIB .LIB # u se SRT SRTK.LIB # d e fine fin e RUNKE RUNKER RNE NELL # d e fine VD_FAS VD_FAST TC ALL 1 #define MOLDE up_adrd(1) #define DIE up_adrd(3) # d efine G USANO up _a d rd (4) – 270 270 # d efine TONS TONS up _a d rd (5) #define T_ACEITE up_adrd(5) #define T_CANON up_adrd(6) #define RE1 0x000 #define RE2 0x101 #define #define #define #define #define #define
R0 R1 R2 R3 R4 R5
0 2 4 6 8 10
CoData numero, molde_abierto, prot_molde, alta_presion_cerrar, parar_avance, a b rir_ rir_sslo,fst, lo,fst, b a ja_vel_ab rir, rir, fin_la_iny, fin_la_iny, c a rga , fin_2a_iny, fin_2a_iny, c hup ón , a b rir_ rir_fs fst_s t_slo, lo, baja_pres_abrir, molde_cerrado, mould, vel_gus, pres_iny, velo_pro, sume, reste, inc, dec, disp_1, disk_2, disk_3, disp_4, disk_5, cursor1, cycle, le_temps, inicio, iny_time_out, return-time_out, prog_press, velo_pro_gusano, entre ciclos_time_out, retencion_time_out, cores_out_time_out, cores_in_time_out, max_min, min_max, disk_6, error_1, error_2, error_3, error_4, error_5, error_6, error_7, error_8, error_9, error_10, le_temps_a, disp_7, contador, disp_8, disp_9, disp_10, disp_11, disk_1, disk_13, temperaturas, select_air, frst_air_time_out, apaga_air_1, entra_aire_2, sale_aire_2_time_out; Int w d og 1, k, servido r [4], ad d , de l, I, d, j, mld e, a juste juste , ma nua l, sem i, a uto , sto sto p , tiem tiem p o, iny, iny, c onte o, cue nta, cue nta_1, nta_1, v; Int a ; int int t _int_sc int_sc rew, t_int_o t_int_o li, li, do c s, vec e s, ta o_2_a o_2_a ux ; Protected int sls[14][10], r[5][10], tao[4][10], tao_a[4][10], press[4][10], air[4][10]; Floa t t _o il, il, t_sc t_sc rew; rew ; Main() { Vd Init(); w d o g 1 = Vd Ge tFree tFree Wd(6); Wd (6); init_srtkerne init_srtkerne rl();VIODrvr(); rl();VIODrvr(); lk_kxi lk_kxinit(); nit(); _uiLo _uiLo c a te Brd(); rd (); _prot _p rot _re _re c o ve r();
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lk_init(); lk_init();
Vd_initquic Vd_initquic kloo kloo p (24); (24); ad d = d el = 0; sto sto p =1; a juste juste = 1; ma nua l = 0; 0; sem sem i = 0; 0; aut o = 0; mo lde = 0; tiemp o = 0; For ( i = 0; i < 5; i++) { Servidor [i] = 1 ; } vd _quic k_loop k_loop ( ) { runwatch(); costate cycle{ } / *EM *EM PEZAR CIC CICLLO , PREDISPO NE NER R BAJA VE VELLO C IDAD DE C IER IERRE, RESTEAR EL TEM POR PO RIZA IZA DO R Y EL M O LDE. LDE. SI LA LA ALT A LTA VE V ELOC IDA IDAD D ES ESTA A C TIVADA IVA DA A RR RRA A NC A EN ALTA ALTA HASTA ENCONTRAR SLS4 Y LUEGO CAMBIA A BAJA*/ Co Beg in(&entre_ in(&entre_cc iclos_ iclos_time_out); time_out); wa itfor(DI itfor(DIG1 G1 OR isCo isCo Done (&en tre_c tre_c iclos:ti iclos:time me _out )); If(NOT If(NOT DIGIN DIGIN 1){up_ 1){up _set out(11,1 ou t(11,1); ); wa itfor(DIG1 itfor(DIG1 OR sto p == == 1) Up_setout(11,0);} wa itfor(NOY itfor(NOY DIG1 DIG1 OR is Co Done (&en tre_c tre_c iclos_ iclos_time_out)); if(DIGIN1){up_setout(11, 1); waitfor(NOT DIGIN1 OR stop == 1); up_setout(11,0);} xyz xyz: mlde =0; =0; wa itfor(is tfor(isCo Co Done(&c iclo_time_ iclo_time_out)); out)); Co Beg in(&c in(&c ic lo_time_ lo_time_out); out);
/ / entre c ic los / / esp esp ere q a b ra p uert / / a larma / / a b ra y c ierr ierre reg illa illa / / inicie auto ma tico / / se resetea esetea c on / / mo lde =0
/ / ARR ARRAN ANQ Q UE EN ALTA ALTA HAST HASTA ENC ENCO O NT NTR RAR SLS[4] if(DIE>200){ up _set out(9, ou t(9, 0) up _set ou t(9,1); t(9,1); wa w a itfor(DIE itfor(DIE < 150); up_setout(9, 0); goto xyz; } if(tao_a[2][mlde if(tao_a[2][mlde ] != 0) { if(DIGIN7){ up _seto ut(3, 1); wa itfor(NOT itfor(NOT DIGIN DIGIN7); 7); / / me ter c ores a nte s d e up _seto ut(3, 0); / / mo ve rse } } / / m e ta b a ja p resio resio n up _set out(6, ou t(6, 1); 1); _uiOut _uiOut (2, 1); _uiOut (1, 1); Co Re set (&e ntre_c iclos ic los__time _ou t); w a itfor(MO LDE < sls sls[2][ [2][ mld e] ; CoBegin(&velo_pro); _uiOu t(1, t(1 , 1); w a itfor((MO LDE < sls sls[4][ [4][mld mld e] ) OR isCo isCo Done Don e (&ve lo_pro)); _uiOut _uiOut (1, 0); CoReset(&velo_pro); } up _set ou t(6, 1); _uiOut _uiOut (2, 1); 1);
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waitfor(MOLDE < sls[2][mlde]); molde = 1; / *ME *M ETE BAJA PRESION AL ENC ENCO O NT NTR RAR A SLS[3] Y LA LA Q UITA DE DES SPUÉS DE ENC ENCO O NT NTR RAR A SLS[0], SI EN CUATRO SEGUNDOS NO PASA EL LIMITE ESTABLECIDO DA ERROR DE PRO PR O TEC C ION IO N MO M O LDE. SI SLS SLS33 ES ES IGUA IG UALL A SLS SLS0 SE SE DES DESHA HABIL BILIT ITA A LA FUNCIO FUNC ION N DE PRO PR O TEC C ION M O LDE DE*/ */ if(sls if(sls[3][ [3][ mld e ] ! = sls sls[0][ [0][ mld e] ) { wa itfor(MO itfor(MO LDE < sls[5][m ls[5][m lde ]), Co Beg in(&velo_pro); / / introd introd uc er p rote c mo lde _uiOu t(2, t(2 , 0); waitfor((MOLDE < sls[5][mlde] AND isCoDone(&velo_pro)) OR DelaySec(5)); if(MOLDE > sls[5][mlde]){CoBegin(&error_1); CoReset(&velo_pro); abot;} } up _seto ut(3, 0); wa itfor(DelayM itfor(DelayM s(200 (200LL)); / / q uita c ores a d ent ro _uiOu t(2, t( 2, 1); / / q uita uit a r prot p rotee c t m o lde ld e / / b a ja p res y c o ntrol nt rol e ta p a / *AVAN *A VANZ ZAR HAST HASTA M O LDE CER CERRAD ADO O O C UATR ATRO SEG UNDOS NDO S, SI SI NO C IER IERRA MO LDE DA ERRO ER ROR*/ R*/ _uiOu t(1, t( 1, 1); up _se _se to ut(1, ut (1, 1); wa w a itfo r(Dela r(De layM yMss(100L)); (100L)); write12data(RE1, R0 |ON); write12data(RE1, R1 |ON); write12data(RE1, RE2 |ON); ON); w a itfor(Dela ySec ySec (17L (17L) OR NOT DIGIN3); DIGIN3); if(DIGIN3) if(DIGIN3) {CoBeg in(&e rror_ rror_3); 3); ab o rt;}
/ / q uita uit a b a ja ve l y me m e te p res / / GG1 + GG2 + GG3 / / no lleg lleg o b a ja p resion resion
/ *PRE *PREDIS DISP PONE ON ER BAJA BAJA VE VELLO C IDAD DE INY INYE EC C ION, INY INYE EC TAR. SI SL SLS8 = SLS6, DES DESAC TIVA LA FUNCION*/ if((t_int_screw < r[2][mlde]) OR (t_int_screw > r[3][mlde])){CoBegin(&error_9); ab ort; ort;}} // ba ja temp if(sls if(sls[6][ [6][m m lde ] ! == sls sls[9][ [9][mld mld e] { if(p if(p ress ess[1][m lde ] == 123){ 123){ / / q uita GG 3 si no esta esta selec en velo } if(p if(p ress ress[1][m lde ] == 12){ 12){ / / q uita GG 2 si no esta esta selec en velo write12data(RE1, R2 |OFF); w rite rite 12da ta (RE (RE1, R1| R1| OFF OFF);} } _uiOu t(1, t( 1, 0); / / d e sha b ilita flujo a m o lde ld e so l FH FH / *INICIE TEMPORIZ MPORIZAC ION DE INY INYE ECC ION, RESETEE BAND ANDE ERA DE INY INYE ECC ION, BUSQ UE SLS[6] Y META BAJA VELOCIDAD Y ENCUENTRE SLS[8], META BAJA PRESION Y TERMINE C O N TIE TIEM M PO DE INYEC INYEC C ION, IO N, RESETEE BAN BANDER DERA A , SI SI NO LLE LLEG A A SLS[ LS[ 8] EL TO RNILLO DESPUÉS DE TIEMPO DE INYECCION, HAY ERROR*/ _uiOu t(3, t(3 , 1); wa w a itfo r(Dela r(De layM yMss(500L)); (500L)); _uiOu t (0, 1); up _seto ut(2, 1); Co Beg in(&iny_ in(&iny_time_out); time_out); iny = 1;
/ / so l H, inye c ta r / / flujo a inye c ta r / / ha b ilita ilita to rnillo nillo sol HL / / inic inic ie tem p oriz oriza c ion d e iny
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Write 12da ta (RE1, R1|OFF); write12data(RE1, R2 |OFF); / / GG 2 + GG 3 Waitfo r(sls[8][ mld e] > GUSANO) OR (isCo Done(& iny_time _ou t))); / / fina lize inye c c ion write12data(RE1, R0 |OFF); / / fuera GG1 + bo mb as write12data(RE1, R1 |OFF); write12data(RE1, R2 |OFF); up _setout(12, 0); _uiOut (0, 0); iny = 0; CoBeg in(&rete nc ion_time _out);
/ / d esha b ilita flujo iny sol CL / / q uita p res. Iny. Sol G / / em p ieza tem de sot
Waitfor(isCo Done (&retenc ión_time_out)); _uiOut(3, 0); up _seto ut (2, 0);
/ / d esha b ilita flujo iny sol CL / / fuera inye c tc ion sol H / / d esha b ilita to rnillo iny
/ / TERMINO LA INYECC ION APAG AR TODO MENOS MO LDE em p iec e: up _set out(2, 0); up _set out(3, 0); up _set out(4, 0); up _set out(5, 0); up_setout(7, 0); up_setout(8, 0); up_setout(9. 0); up_setout(10, 0); up _set out(11, 0); up_set ou t(12, 0); _uiOut (0, 0); _uiOut (1, 0); _uiOut (2, 0); _uiOut(3, 0); _uiOu t(4, 0); _uiOut(4, 0); _uiOu t(5, 0); write12data(RE1, R0 |OFF); write12data(RE1, R1 |OFF); write12data(RE1, R2|OFF); / / METER BAJA PRESION DE SOSTENIMIENTO DEL ! ! ! ! ! up _set out(8, 1); wa itfor(Dela yMs(200L)); / / CARGAR A VELOCIDAD DETERMINADA M ANUALMENTE up _set out(10, 1); wa itfor(Dela yMs(500L)); _uiOut (0, 1); write 12da ta (RE1, R0| ON); if(press[2][mlde ] == 12){ _uiOut(5, 1); wa itfo r(DelayMs(500L)); _uiOut (0, 1); write12d a ta (RE1, R0 |ON); if(press[2][ mld e] == 12){ _uiOut(5, 1); wa itfor(DelayM s(200L)); write12d a ta (RE1, R0 |OFF); write12data(RE1, R1|OFF); write12data(RE1, R2 |OFF); up _set out(10, 0); _uiOut (0, 0); up _set ou t(2, 0); / / CHUPON if(sls[7][ mld e] != sls[9][ mld e] ){ up _set ou t(7, 1); wa itfor(Dela yMs(500L)); up _set ou t(2, 1); _uiOut (0, 1); wa itfor(sls[9][ mld e] < GUSANO; _uiOu t(0, 0); up _seto ut(2, 0); w a itfo r(DelayMs(500L)); up _seto ut (7, 0); } / / ATRAS TOBERA, INICIE CONTEO DE TIEMPO DE RETORNO / / EMPEZAR CONTEO DE TIEMPO DE ENFRIAMIENTO
100
mo lde = 0; up _set out(2,0); up _set ou t(3, 0); up _set out(4, 0); up _set out(5, 0); up _set ou t(7, 0); up _set ou t(9, 0); up _set ou t(10, 0); _uiOu t(0, 0); _uiOut(1, 0); _uiOu t(2, 0); _uiOu t(3, 0); _uiOu t(4, 0); _uiOu t(5, 0); CoBegin(&enf_time_out); If(air[0][m lde ] != 0){ CoBegin(&frst_air_time_out); waitfor(inCoDone(&frst_air_time_out)); write12data(RE1, R5 |); wa itfor(isCoDone (&enf_time_out));
/ / tiemp o de enfriamiento
/ / CALCULAR VELOCIDAD DE AIRE ABRIR MO LDE, APAG AR TODO Y ABRIR A BAJA VELOCIDAD up _set ou t(2, 0); up _set ou t(3, 0); up _set out(5, 0); up _setout(6, 0); up_setout(7, 0); up_setout(8, 0); up_setout(9. 0); up_setout(10, 0); up _set ou t(11, 0); up _set ou t(12, 0); _uiOut (0, 0); _uiOut (1, 0); _uiOut (3, 0); _uiOut (4, 0); _uiOut(5, 0); _uiOu t(4, 0); _uiOu t(5, 0); write12data(RE1, R0 |OFF); write12data(RE1, R1 |OFF); write12data(RE1, R2 |OFF); write12data(RE1, R2 |OFF); wa itfor(Dela yMs(500L)); up _set out(1, 0); waitfor(NOT DIGIN4 OR DelaySec(8L)); if(DIGIN4){Co Beg in(&e rror_10); ab ort;} waitfor(NOT DIGIN4 OR DelaySec(8L)); if(DIGIN4){Co Beg in(&e rror_10); ab ort;} waitfor(DelayMs(250L)); _uiOu t(2, 1); up _seto ut (4, 1); wa itfo r wa itfo r(MO LDE > sls[1] [m lde] O R DelaySec (4L)); / / a b rir en b a ja ha sta SLS_10 _uiOu t(1, 1); wa itfo r(Dela yMs(200L)); w rite12d a ta (RE1, R0| ON); / / sub a ve loc ida d ha sta SLS_10 if(tao _a[ 2][mlde] != 0)} wa itfor(MO LDE > 160); up _seto ut(5, 1); C oBeg in(&c ores_out _time_out); } wa itfor(MO LDE > sls[10][m lde ]); write12data(RE1, R0 |OFF); / / quite alta veloc ida d wa itfor(MO LDE > 160); up _set out (5, 1); Co Beg in(&c ores_out _time_out); } wa itfor(MO LDE > sls[10][[ mlde ]); write12data(RE1, R0 |OFF); wa itfor(MO LDE > sls[2][m lde ]); _uiOut(1, 0);
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/ / mo lde a b ierto p a re mo lde
/ / EXPULSAR if(sls[2][ mld e] != 0){ if(sls[2][ mld e] > M OLDE){ab ort;} _uiOu t(4, 1); wa itfor(DIE > sls[12][m lde ]); _uiOu t(4, 0); wa itfor(DelayMs(200L)); up _seto ut (9, 1); wa itfo r(DIE < 220); up _set ou t(9, 0);} } / / FIN DE CICLO, TODO APAG ADO EMPIECE DE NUEVO DEPENDIENDO DE SEMI O AUTO if(a uto == 1){ Co Beg in(&entre_cic lo_time_out)); go to xyz;} Co Beg in(&c ycle); / / si esta en sem i em piec e d e Nuevo } } backgnd() } backgnd() { while(1){ runwatch(); costate{ wa itfor(MO LDE > sls[5][ mld e] ; write12data(RE2, R0 |OFF); waitfor(NOT DIGIN5); } costate{ waitfor(DIGIN5); manual = 1; ajuste = semi = auto = 0; CoReset(&disp_6); waitfor(isCoDone(&disp_6)); CoBegin(&disp_6); Stop = 1; waitfor(NOT DIGIN5); } while(NO T DIGIN5); { costate{ if(sto p == 1){ waitfor(DelaySec(3L)); } } costate iny_time_out{ wa itfor(DelayMs(tao [1][mlde] * 100]]; } c ostate rete nc ion_time_out{ wa itfor(DelayMs(tao [0][mlde] * 100]]; } costate return_time_out{ waitfor(DelayMs(tao_a[1][mlde] * 100]];
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} c ostate enf_time_out{ if(ta o[2][m lde ] > 600){ / / ENFRIAMIENTO > 60 SEGS ta o_2_a ux = ta o[ 2][mld e] – 600; wa itfor(DelaySec (60L)); wa itfor(DelayM s(tao _2_a ux * 100)); c ue nta += 1; c uenta _1 += 1; ab ort; } if(ta o[2][m lde] > 300){ / / ENFRIAMIENTO > 30 SEGS ta o_2_a ux = ta o[ 2][mld e] – 300; wa itfor(DelaySec (60L)); wa itfor(DelayM s(ta o_2_a ux * 100)); c ue nta += 1; c uenta _1 +=1; a bo rt; } wa itfor(DelaySec (30L)); wa itfor(DelayM s(ta o_2_a ux * 100)); cue nta +=1; c ue nta _1 += 1; / / ENFRIAMIENTO < 30 SEGS } costate entre_ciclos_time_out{ waitfor(DelayMs(tao[0][mlde] * 100)); } costate{ for(v = 0; v < ve c es; v++){ waitfor(isCoRunning(&enf_time_out)); write12data(RE1, R3 |ON); wa itfor(Dela ySec (37L)); w rite 12da ta (RE1, R3 |OFF); }
c uenta = 0; if(cue nta > c onteo){waitfor(wa itfor(cuenta < c onteo(;} / / CUENTA ES LA SUMA A CUMULADA wa itfo r((cue nta / 12 ) > c onteo); / / DE CICLOS Y CO NTEO EL THRESHOLD } costate{ if(d oc s < 1){do c s = 1; } if(do c s > 999){do c s = 999;} waitfor(cuenta_1 > (docs * 12)); up _set out(11, 1); if(isCo Running(&d isp _6)){CoReset (&d isp _6); wa itfor(isCo Done(&d isp _6));} lk_printf(“ \ x1Be” ); lk_p rintf(“ FINALIZO PRODUCCION” ); w a itfor(mo lde == 0); up _set out (11, 0); cue nta _1 = 0; } if(ma nual ==1){tiem po = tao [3][mlde];} costate{ wa itfor(NOT _uiDig in(1)); sto p = 1; wa itfor(sto p == 0); a uto = 1; sem i = ma nua l = ajuste = 0; if(isCo Running(&d isp _6)){CoReset (&d isp _6); wa itfor(isCo Done(&d isp _6));} CoBegin(&disp_6); Waitfor(_uiDigin(0)); Waitfor(semi OR manual OR ajuste); }
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costate{ wa itfor(NOT _uiDig in(1)); sto p = 1; wa itfor(sto p == 0); sem i = 1; a uto = m anua l = ajuste = 0; if(isCo Running(&d isp _6)){CoReset (&d isp _6); wa itfor(isCo Done(&d isp _6));} CoBegin(&disp_6); Waitfor(_uiDigin(1)); Waitfor(semi OR manual OR ajuste); } costate{ waitfor(NOT _uiDigin(2)); stop = 1; waitfor(stop == 0); manual = 1; a uto = 0; sem i = 0; a juste = 0; if(isCo Running(&d isp _6)){CoReset (&d isp _6); wa itfor(isCo Done(&d isp _6));} CoBegin(&disp_6); Waitfo r(_uiDig in(2)); Co Reset (&e rror 1) Waitfor(auto OR sem i); } costate{ wa itfor(NOT _uiDig in(14)); sto p = 1; wa itfor(sto p == 0); ajuste = 1; a uto = 0; sem i = 0; ma nua l = 0; if(isCo Running(&d isp _6)){CoReset (&d isp _6); wa itfor(isCo Done(&d isp _6));} CoBegin(&disp_6); Waitfor(_uiDigin(14)); Waitfor(auto OR sem i OR ma nua l); } c osta te error_1{ sto p = 1; wa itfor(sto p == 0); up _set out(11, 1); if(isCo Running(&d isp _6)){CoReset (&d isp _6); wa itfor(isc oDone(d isp _6));} lk_p rintf(“ \ x1Be” ); lk_p rintf(“ REAC CIONO\ Nprote c c ion mo lde \ nSLS 3, SLS 5” ); if(DIGIN4){Co Beg in(&error_10);} / / mo lde no d esc om p resiono up _seto ut(4, 1); _uiOut (2, 1); / / SOL N, SOL CP if(MOLDE > sls[10][m lde ]){g oto 1o;} _uiOu t(1, 1); / / SOL FH wa itfor(((sls[10][m lde ] – 50) < MO LDE)); / / a lta a nte s d e SLS 10 1o: _uiOut(1, 0); / / a juste ba ja veloc id ad a pe rtura wa itfor(MOLDE > sls[´2][mlde] / / p are mo lde a bierto o b oto n up _set ou t(4, 0); _uiOut(2, 0); _uiOut(1, 0); sto p = 1; wa itfor(sto p == 0); } c osta te error_2{ if(isCo Running(&d isp _6)){CoReset (&d isp _6); wa itfor(isc oDone(d isp _6));} lk_p rintf(“ \ x1Be” ); lk_p rintf(“ MO LDE NO\ nEN POSICION” ); wa itfor(ma nua l == 1); } c osta te error_3{ sto p = 1; wa itfor(sto p == 0); if(isCo Running(&d isp _6)){CoReset (&d isp _6); wa itfor(isc oDone(d isp _6));} lk_p rintf(“ \ x1Be” ); lk_p rintf(“ MOLDE NO\ nALCA NZO A CERRAR\ nC OM PLETAM ENTE” ); } c osta te error_4{ sto p = 1; wa itfor(sto p == 0);
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if(isCo Running(&d isp _6)){CoReset (&d isp _6); wa itfor(isc oDone(d isp _6));} lk_p rintf(“ \ x1Be” ); lk_p rintf(“ REGILLA ABIERTA” ); } c osta te error_5{ sto p = 1; wa itfor(sto p == 0); up _set out(11, 1); if(isCo Running(&d isp _6)){CoReset (&d isp _6); wa itfor(isc oDone(d isp _6));} lk_p rintf(“ \ x1Be” ); lk_p rintf(“ VENCIO TIEMPO\ nDE CICLO” ); } c osta te error_6{ sto p = 1; wa itfor(sto p == 0); if(isCo Running(&d isp _6)){CoReset (&d isp _6); wa itfor(isc oDone(d isp _6));} lk_p rintf(“ \ x1Be” ); lk_p rintf(“ VENCIO TIEMPO\ nDE INYECC ION” ); } c osta te error_7{ / / if(isCoRunning (&ent re_c ic los_time_out)){a b ort;} sto p = 1; wa itfor(sto p == 0); if(isCo Running(&d isp _6)){CoReset (&d isp _6); wa itfor(isc oDone(d isp _6));} lk_print f(“ \ x1Be” ); lk_print f(“ PUERTA ABIERTA” ); } / / c osta te error_8{ sto p = 1; wa itfor(sto p == 0); if(isCo Running(&d isp _6)){CoReset (&d isp _6); wa itfor(isc oDone(d isp _6));} lk_p rintf(“ \ x1Be” ); lk_p rintf(“ NO SE LOBRO\ nALCANZAR VELOC IDAD\ nBAJAR PROG RAM AC IÓN\ nDE VELOC IDADES” ); } c osta te error_9{ sto p = 1; wa itfor(sto p == 0); if(isCo Running(&d isp _6)){CoReset (&d isp _6); wa itfor(isc oDone(d isp _6));} lk_print f(“ \ x1Be” ); lk_print f(“ NO ES AC EPTABLE \ nLATEMPERATURA” ); } costate error_10{ sto p = 1; wa itfor(sto p == 0); if(isCo Running(&d isp _6)){CoReset (&d isp _6); wa itfor(isc oDone(d isp _6));} lk_p rintf(“ \ x1Be” ); lk_p rintf(“ NO DESCO MPRESIONO \ nAPAGAR MAQUINA Y ESPERAR\ n5 MINUTOS” ); } co state( // boton pa ro wa itfor(NOT _uiDig in(11)); // wa itfor(Dela yMs(150L)); if(NOT _uiDig in(11)){ab ort;} stop = 1; up_seto ut(11, 0); / / filtre bo ton, y a pa gue alarma / / if((sem i OR a uto) AND NOT sto p ){ / / if(isCoRunning (&d isp _6)){CoReset(&d isp _6); wa itfo r(isCoDo ne (&d isp _6)); / / lk_p rintf(“ \ x1Be” ); lk_print f(“ PRESIONADO\ nBOTON PARO” );}} } costate{ wa itfor(stop == 1); if(isCoRunning(cycle)){ CoReset(&cycle); waitfor(isCoDone(&cycle));} up _set ou t(1, 0); up _set ou t(2, 0); up _ set ou t(3, 0); up _set ou t(4, 0); up _set out(5, 0);
105
up _set ou t(6, 0); up _set ou t(7, 0); up _ set ou t(8, 0); up _set ou t(9, 0); up _set ou t(10, 0); up _set ou t(11, 0); up _set out(12, 0); _uiOu t(0, 0); _uiOut(1, 0); _uiOu t(2, 0); _uiOu t(3, 0); _uiOu t(4, 0); _uiOu t(5, 0); _uiOu t(4, 0); write12data(RE1, R1 |OFF); write 12da ta (RE1, R2 |OFF); write12data(RE1, R3 |OFF); write12data(RE1, R4 |OFF); write12data(RE1, R5 |OFF); write12data(RE1, R0 |OFF); sto p = 0; mo lde = 0; iny = 0; } costate{ wa itfor((sem i OR a uto ) AND DIGIN1 AND mo lde == 0); if(isCoRunning(&inicio)){abort;} CoBegin(&inicio); } c osata te inic io{ if(MOLDE > sls[4][mlde]){ CoReset(&cycle); waitfor(isCoDone(&cycle));} else{C oBeg in(&e rror_2); wa itfor(isCo Done(error_2));} } costate{ wa itfor(stop == 1); if(isCoRunning(&cycle)){ CoReset(&cycle); waitfor(is´CoDone(&cycle));} Waitfo r(sto p == 1); up_set out(1, 0); up _set out(2, 0); up _ set out(3, 0); up _set out(4, 0); up _set ou t(5, 0); up _set out(6, 0); up _set out(7, 0); up _ set ou t(8, 0); up _set out(9, 0); up _set ou t(10, 0); up _set out(11, 0); up _set out(12, 0); _uiOu t(0, 0); _uiOut(1, 0); _uiOu t(2, 0); write12d a ta (RE1, R0 |OFF); _uiOut(3, 0); _uiOu t(4, 0); _uiOut(5, 0); write12data(RE1, R1 |OFF); write 12da ta (RE1, R2 |OFF); write12data(RE1, R3 |OFF); write12data(RE1, R4 |OFF); write12data(RE1, R5 |OFF); write12data(RE1, R0 |OFF); sto p = 0; } costate{ waitfor(ajuste == 1 AND NOT DIGIN1 AND NOT _uiDigin(3) AND (MOLDE > sls[5][mlde] )); / / b oto n c ierre y mo lde / / a juste b a ja ve loc ida d d e c ierre up_seto ut(6, 1); / / c ierre mo lde en ba ja wa itfor(_uiDig in(3) OR (MOLDE < sls[5][m lde ])); / / b oto n ab ra mo lde no ab ierto / / a b ra en b a ja up _seto ut(4, 1); / / p end iente usa r SOL CP / / a juste b a ja ve loc ida d d e a p ertura / / a b ra en a lta wa itfor(_uiDigin(4) OR (MOLDE > sls[2][m lde ])) ; / / p a re mo lde a b ierto o b ot on up_setout(4, 0); } } / / AJUSTE Y MANUAL DIFIEREN EN LA PRESION costate{ if(tao _a[ 2][mlde] != 0){ up _set ou t(3, 1); wa itfor(NOT DIGA N 1 AND NOT uiDigin(3)); / / me te r c ores a nte s
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up _ seto ut(3, 0); / / d e mo verse } / / ajuste ba ja velocida d de c ierre up _seto ut(6, 1); _uiOut(2, 1); / / c ierre mo lde en b a ja if(MOLDE < sls[4][mlde]{goto 10_1;} _uiOu t(1, 1); waitfor(MOLDE < sls[4][mlde] OR _uiDigin(3)); _uiOut(1, 0); 1o_1: wa itfor(_uiDigin(3) OR ( MO LDE < sls[5][ mld e] OR DIGIN 1); / / p a re p or mo lde up _seto ut(6, 0); _uiOut(2, 1); / / c erra d o o b ot on } costate{ wa itfor(ma nua l == 1 AND NOT _uiDig in(7) AND ( GUSANO > sls[8][mld e] )); / / b oto n inye c te y c on c a rga if(t_scre < r[2][mlde]){CoBegin(&error_9); waitfor(_uiDigin(7));} / / no se ha a lc a nzad o te mp _uiOu t(1, 1); / / SOL FH wa itfor((sls[10][m lde ] < MOLDE) OR _uiDig in(4)); / / a lta a nte s d e sls 10 loo: _uiOut(1, 0); / / a juste ba ja veloc ida d a pe rtura wa itfor(_uiDigin(4) OR (MOLDE > sls[2][m lde ])); / / p a re mo lde a b ierto o bo to n up _set ou t(4, 0); _uiOut (2, 0); _uiOut (1, 0) } costate{ wa itfor(ma nua l = 1 AND NOT _uiDigin(8) AND (GUSANO > sls[9][mld e] )); / / b oto n a tra s to rnillo / / if(t_sc rew < r [2][m lde]{C oBeg in(& error_9); wa itfo r(_uiDig in(7));} up _set ou t(7, 1); wa itfor(Dela yMs(500L)); up _set ou t(2, 1); _uiOut (0, 1); / / retroc ed a to rnillo wa itfor(_uiDigin(8) OR (GUSANO > sls[9][m lde ]));/ / p a re p or limite c hup on o b ot on _uiOu t(0, 0); up _seto ut(2, 0); w a itfo r(DelayMs(500L)); up _seto ut (7, 0); } costate{ wa itfor(ma nua l == 1 AND NOT _uiDigin(9) AND (GUSANO < sls[7][mld e])); / / b oto n c a rgu e up _set ou t(10, 1); wa itfor(Dela yMs(500L)); _uiOut (0, 1); write12data(RE1, R0 |ON); / / GG1 (mini vel c arga ) & hi press if(p ress[2][m lde ] == 12){ / / GG ! + GG 2 + RR _uiOu t(5, 1); write12d a ta (RE1, R1 |ON); write12data(RE1, R2 |ON);} wa itfor(_uiDigin(9) OR (GUSANO > sls[7][m lde ])); / / p a re p or fin d e c a rga o b ot on _uiOu t(0, 0); write12da ta (RE1, R0 |OFF); write12data(RE1, R1 |OFF); write12data(RE1, R2 |OFF); _uiOut(5, 0); } costate{ wa itfor(ma nua l == 1 AND NOT _uiDigin(15)); / / c ores a fuera if(sls[2][ mld e] > MOLDE){ab ort;} / /
up _seto ut (3, 1); wa itfo r(Dela yMs(ta o_a[3][m lde])*100); up _seto ut (3, 0); costate{ wa itfor(ma nua l == 1 AND NOT _uiDigin(12)); up _seto ut(3, 1); / / c ores a fuera
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wa itfor(_uiDig in(12) OR Dela ySec (10L)); up_setout(3, 0); } costate{ wa itfor(NOT _uiDig in(10) AND (MOLDE > air[2][m lde ])); / / a ire func iona a tras sls10 write12data(RE1, R4 |ON); wa itfor(NOT _uiDigin(10) AND (MOLDE < a ir[2][mld e] )); write12data(RE1, R4 |OFF); } costate{ wa itfor(ma nua l == 1 AND NOT _uiDigin(5)); / / expu lsor a fuera if(sls[2][ mld e] > MOLDE){ab ort;} _uiOu t(4, 1); waitfor(_uiDigin(5) OR (DIE > sls[12][mlde])); _uiOu t(4, 0); wa itfo r(DelayMs(150L)); up _seto ut (9, 1); wa itfo r((DIE < 220) OR DelaySec (10L)); up _seto ut(9, 0); } costate{ wa itfor(mo lde == 0); t_oil = (T_ACEITE – 188) * .222; t_int_oil = t_oil; t_screw = ((T_CANON -188) * .665); t_int_screw = t_screw; / / t_int_sc rew = 300 ; waitfor((molde == 1) OR (DelaySec(10L))) ; } costate{ wa itfor(MO LDE < (sls[5][ mld e] – 5)); write12data(RE2, R0 |ON); break; } } } }
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4.1.8. Instalación La instalación se hace cuando se tienen todos los dispositivos del autómata como diagramas eléctricos e hidráulicos, etc., materiales, panel de control, etc., y sobre todo tiempo. Se programa para poder trabajar la MMI, recordando que se tiene que ser el menor tiempo posible, para no afectar en la producción de la empresa.
El procedimiento está descrito en la sección 3.3.
El control antiguo tiene que ser removido, dejando limpia toda de área de nueva instalación. Se debe reconocer la ubicación de las válvulas, los micro switches , y sensores de posición.
Las válvulas deben reconocerse haciendo pruebas
manualmente una por una.
Los micro switches deben asegurarse
adecuadamente ya que estarán en constante movimiento a cada ciclo de trabajo como todo lo demás. Con los potenciómetros necesitamos que estén asegurados, que funcionen bien, y que con los movimientos de la máquina no sufran daños, pues éstos son los que estarán más propensos a deteriorarse. Con esto ya podemos cablear las válvulas y micro switches y sensores de posición,
hasta el nuevo control, con su respectiva identificación según
diagramas eléctricos. Se instala el panel de control, empotrado en la platina fija. Esto con el objetivo que el operador de la máquina tenga cerca los comandos de la máquina y poderla maniobrar con facilidad. Todos los cables de arranque de motor, control de electro válvulas, potenciómetros y micro switches vienen para el panel de control.
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El control de las temperaturas, y el encendido del motor quedarán controlados independientemente, tal como se usaba con el control antiguo. Las temperaturas usan un pirómetro que controla la temperatura de las zonas a través de termo coplas tipo J haciendo energizar un contactor que alimenta las resistencias. Las resistencias son de tipo media luna y abrazan el tambor. Cada zona está formada por tres resistencias, asegurándonos así la temperatura de derretido.
El motor usa un encendido estrella delta, con un
relé térmico y un interruptor magnético principal.
4.1.9 Mecanismo para poner a funcionar el nuevo sistema de control En general, para la puesta en servicio de la instalación es necesario atenerse escrupulosamente a las normas preventivas sobre accidentes, dictadas por los organismos de seguridad e higiene en el trabajo, teniendo además muy presentes los consejos de seguridad personal que a continuación se redactan. a) No efectuar maniobras en circuitos que no estén bajo control. b) No manipular en un circuito si está bajo tensión. c) Toda instalación
sobre la que se trabaja debe ser correctamente
señalizada, a lo que se suman los cerrojos de seguridad establecidos por las normas de seguridad. d) Para hacer las verificaciones, utilizar herramientas, aparatos e instrumentos bien aislados y en perfecto estado.
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e) No manipular manualmente los relés o contactos bajo tensión. Todo accionamiento debe hacerse siempre por medio de sus propios órganos de la máquina y la instalación eléctrica. Por otra parte, en líneas generales, las operaciones a realizar son: a) Sin tensión.
Accionar los relés, contactores y otros aparatos con
movimiento probándolos a mano para verificar que los movimientos están libres de impedimentos y la presión de contacto es adecuado. b) Comprobar que las regulaciones de los relés de protección y los fusibles corresponden a las intensidades de los motores a proteger. c) Comprobar que las secciones de los conductores correspondes exactamente a las normalizadas y calculadas para las potencias de los motores u otros aparatos para alimentar. d) Verificar el aislamiento de los conductores y otras partes de la instalación como los chasis y armarios. e) Verificar que el color y el marcado de todos los conductores es correcto. f) Verificar entradas y salidas así como las conexiones a bornes. g) Comprobar que las chimeneas para chispas están en posición de trabajo antes de puesta en servicio. h) Verificar el estado general de la instalación presentación, acabado cableado, conducción sobre tubos y canaletas etc. i) Anotar todo defecto encontrado para su rectificación posterior. Lo mismo se hará en lo que afecta el esquema.
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Luego de cumplir con estas normas, se energiza por primera vez la MMI. Verificamos los voltajes en el motor, entrada del autómata, alimentación, micro switch , potenciómetros, etc, y en las tarjetas de expansión si las tuviera.
Al
tener todos los voltajes y señales en buena condición, hacemos movimientos en modo manual, cerrar molde, abrir molde, inyección, carga del tornillo, etc. Esto debe hacerse con mucho cuidado ya que no sabemos con exactitud como van a reaccionar los mandos del autómata. Al estar seguros que el autómata acciona las válvulas y con ello hay movimientos, hacemos un ciclo en semi automático, y vemos el funcionamiento.
4.1.10. Graduación de algunos dispositivos En la prueba de funcionamiento de autómatas siempre es necesaria la graduación de los dispositivos sin excepción, sensores, potenciómetros, etc., para darle el toque final deben estar encendidos y para ello tenemos que terminar el trabajo de instalación y programación. En las MMI sugerimos el siguiente procedimiento. Abrimos y cerramos en molde para verificar el funcionamiento. Se debe medir el potenciómetro del molde y debe concordar físicamente. encuentra cerrado el molde debe medir 0 volt.
Cuando se
Y cuando está totalmente
abierto debe leer la posición máxima programada, en este se medirá 10 volt. Se debe hacer pruebas para verificar que las protecciones y cambios de presiones de molde reaccionan como lo programado. Seguimos con la cámara de inyección. Con el cañón a temperatura de trabajo, inyectamos y cargamos material, con el fin de ver reaccionar las
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diferentes presiones. Al igual que el molde, cuando el tornillo de inyección se encuentra hacia delante en posición de inyección completa, debe medir 0 volt, y cuando está a carga completa debe marcar 10 volt. El expulsor tiene la misma graduación,
con la diferencia tiene
únicamente dos movimientos, hacia delante y hacia atrás, graduando la salida dependiendo al botador del molde a utilizar. Si tuviéramos algunos valores fuera de lo normal se deben graduar desde la computadora portátil o físicamente. Después de lograr la graduación correcta de los dispositivos de control, y tener buen funcionamiento del autómata, podemos hacer trabajar la MMI y producir.
4.1.11.
Controlar el funcionamiento
Cuando la máquina ya está produciendo partes, es recomendable tenerla en observación. La primera semana es seguro que nos dará problemas, los cuales deben solucionarse en el menor tiempo posible y seguir produciendo. Se debe tener comunicación con los empresarios. Se recomienda una visita los quince días y luego a un mes después, para conocer la respuesta del autómata, y saber si necesita alguna modificación con el cambio de moldes. Si el programador conoce a cabalidad el proceso de las MMI y su nuevo control, no tendrá ningún atraso en la producción y verá buenos resultados.
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CONCLUSIONES
1. En el mercado guatemalteco la industria plástica tiene gran aceptación debido a su bajo costo. 2. El éxito de las industrias plásticas depende del uso eficiente de sus máquinas por moldeo por inyección ya que constituyen un equipo destinado a la producción en serie. 3. De la necesidad de la automatización de una MMI hace al ingeniero de proyectos conocer con detalles desde el ciclo de trabajo de los polímeros así como a la misma máquina del proceso; y sin dejar atrás la herramienta principal que será el PLC con todos sus periféricos. 4. Con la automatización se logra agilizar procesos, aumenta la eficiencia y confianza de continuidad de servicio, facilidad de manejo y mantenimiento y bajan los costos de operación.
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RECOMENDACIONES
1. Después de la automatización debe hacerse un programa de visitas para la supervisión del funcionamiento del autómata. 2. Las máquinas de moldeo por inyección, al estar produciendo, trabajan en forma automática, por lo tanto, es importante que cada sensor sea elegido adecuadamente y que esté en perfectas condiciones de funcionamiento. 3. Los sensores y actuadores deben revisarse periódicamente y verificar las calibraciones y funcionamiento de éstos, dado que de ello dependerá la respuesta de la producción.
4. Es necesario el adiestramiento del ingeniero de producción para manejar el nuevo control de la MMI, de eso dependerán los buenos resultados en la producción.
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